資源簡介

第七單元《能源的合理利用與開發》教學設計
課題2 化石能源的合理利用
課題： 7.2 化石能源的合理利用 課時 1 授課年級 初三
課標要求 認識化學在解決與資源、能源、環境相關的問題中的作用；了解天然氣在社會生活中的應用；知道資源開發、能源利用可能會對環境產生影響，樹立環保意識；結合實例，從物質及其變化的視角，認識資源的綜合利用與新能源的開發，理解化學與生態環境保護的關系；知道人類生存與發展會面臨來自環境、能源、資源方面的危機與不確定性挑戰。
教材 分析 化石能源的合理利用屬于社會性科學議題，學生對此并不陌生。此前，學生已在物理課上接觸了能量相關內容，在本單元課題1也認識了化學反應的能量變化。本課題是在此基礎上，進一步展示化學反應的應用價值。 對化石能源的合理利用主要有兩個方向。一個方向是利用一定量的化石能源產生更多能量和 產品，即物盡其用。另一個方向是減少化石能源使用中對環境造成的不良影響，主要通過提升質 量、改善技術，以及尋找替代品。因此在內容安排上，教科書首先通過對煤、石油、天然氣這三種燃料的介紹，幫助學生進一步理解物質變化過程伴隨著能量變化，體會化學反應造福人類的應 用價值。接下來，教科書針對化石能源對環境的影響，介紹了減少環境污染的做法，進而提出了開發與利用新能源(主要以氫能源為例)；引導學生從物質及其變化的視角認識化石能源的綜合利用與新能源的開發，理解化學與環境的關系，感悟人類社會的發展會遇到能源、環境等不確定性挑戰，進一步建立化學有助于解決能源、環境等可持續發展問題的觀念。 在活動設計上，教科書通過【實驗7-2】介紹甲烷的可燃性和元素組成；安排了估算化石能源 使用年限的“思考與討論”欄目，揭示合理利用化石能源的必要性；設置了“調查與研究”欄目，引發對家用燃料使用情況的關注。在資料類欄目設置上，教科書運用“資料卡片——石油和煤的綜合利用”“科學·技術·社會——我國可燃冰資源的開采”,補充介紹了化石能源利用的現狀。 在能源利用方面，我國有悠久的歷史，也取得了舉世矚目的成就。教科書通過正文、插圖、 欄目等，介紹了我國是世界上最早利用天然氣的國家，展示了我國在化石能源清潔高效利用、優化能源消費結構等方面的成就。
學情分析 在本課時中，學生對于化石能源的合理利用并不陌生，因為這一主題屬于社會性科學議題，并且他們此前在物理課程中已經接觸過相關的能量內容。此外，本單元的前期學習已經讓學生對化學反應中的能量變化有了一定的認識。因此，本課題的教學可以在此基礎上，進一步幫助學生理解化學反應的實際應用價值。學生可能已經具備了一定的背景知識，尤其是在理解化學與能量、環境關系方面，他們有基礎去探索化學反應如何造福人類以及如何應對環境挑戰。通過教材中提供的實驗和討論活動，學生可以更加具體地了解物質變化與能量變化的關系，以及化石能源的綜合利用和環境保護的重要性。學生的興趣可能會被教材中豐富的活動設計和資料補充所激發，這些內容不僅加強了他們對科學技術與社會的理解，也促使他們關注現實生活中的能源使用情況，并思考合理利用化石能源的必要性。總體來看，學生在本課時應能較好地連接已有知識與新內容，進一步感知化學在社會發展中的重要作用。
教學目標 1.了解化石能源的種類、組成及特點。知道甲烷的可燃性和主要用途； 2.了解煤和石油的綜合利用，認識化學在能源合理利用與開發中的重要作用； 3.了解降低化石能源利用對環境影響的方法和措施，意識到開發新能源的意義； 4.初步應用元素觀、變化觀等化學觀念和科學探究方法解決問題； 5.認識能源開發利用是促進人類社會發展的重要力量，知道其可能對環境產生的影響，樹立合理利用能源的意識。
教學重、難點 重點：化石能源的種類、組成及特點； 難點：初步應用元素觀、變化觀等化學觀念和科學探究方法解決問題。
核心素養 化學觀念：通過理解化石能源的組成、燃燒和能量釋放的過程，深化了對物質變化與能量變化關系的認識，幫助學生形成了化學反應中能量轉化的基本觀念。 科學思維：通過分析化石能源對環境的影響以及開發新能源的必要性，學生培養了系統性和批判性的科學思維能力。 科學探究與實踐：通過【實驗7-2】的設計，學生有機會進行實際的科學探究，觀察甲烷的可燃性和其元素組成，增強了學生的實踐動手能力，也提升了他們解決問題的能力。 科學態度與責任：鼓勵學生采取負責任的態度，關注化石能源的合理利用，并思考解決能源和環境問題的可行性，不僅涉及科學知識的應用，還包括對社會和環境的責任感。
教學過程
教學環節 教學活動 設計意圖
環節一、 化石能源的利用 【回顧】酒精在燃燒的過程中發生了什么變化呢？ 物質變化：C2H5OH+3O22CO2+3H2O 能量變化：放出大量的熱量 【講解】化學反應一般都會伴隨能量的變化，主要表現為熱量的變化。 放熱反應：燃燒及緩慢氧化、金屬與酸的反應、氧化鈣與水反應 吸熱反應：碳與二氧化碳反應 【交流討論】家里做飯時用的是什么燃料？汽車用的燃料有哪些？煉鋼廠、熱電廠等使用什么燃料？ 【講解】目前，人類利用的能量大多來自化石能源，如煤、石油和天然氣等。這些化石能源及其加工后的產品常被用作燃料，因此化石能源也被稱為化石燃料。那么，化石能源是如何被利用的？ 【展示】煤、石油、天然氣的形成 化石燃料是由古代生物的遺骸經過一系列復雜變化而形成的，屬于不可再生能源。 【講解】煤是復雜的混合物，主要含有碳元素，還含有氫、氧、氮、硫等元素。 煤干餾后的綜合利用，既可以充分利用煤資源，還可以極大地減少污染。 【講解】石油也是復雜的混合物，主要含有碳和氫兩種元素。將石油加熱并使用催化劑煉制再分餾，可得到多種產品，使石油得到綜合利用。 原理：利用各成分的沸點不同。 液化石油氣是石油化工的一種產品，加壓后可儲存在鋼瓶中，一般作為燃料使用。 【講解】有石油的地方一般都有天然氣(主要成分是甲烷)，我國是世界上最早利用天然氣的國家。天然氣主要含有由碳和氫組成的氣態碳氫化合物，其中最主要的成分是甲烷（CH4）。 【問題】如何設計實驗驗證甲烷的元素組成？ 【實驗】甲烷燃燒及其產物檢驗 步驟：(1)點燃從導管放出的甲烷，在火焰上方罩一個干燥的燒杯，過一會兒，觀察燒杯壁上的現象。 迅速把燒杯倒過來，向燒杯內注入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現象。 記錄： 實驗現象化學方程式（1）燒杯內壁有無色液滴產生CH4+2O2CO2 + 2H2O（2）澄清石灰水變渾濁CO2 + Ca(OH)2 =CaCO3↓ + H2O
分析：甲烷具有可燃性，燃燒后有H2O和CO2生成，說明甲烷中含有氫元素和碳元素 【小結】甲烷的性質 物理性質：①通常狀況下為無色、無氣味的氣體 ②極難溶于水 ③密度比空氣小 收集方法：排水法、向下排空氣法 化學性質：可燃性，點燃純凈的甲烷氣體，產生淡藍色火焰。點燃前需驗純！ 【講解】池沼中產生的沼氣的主要成分是甲烷。把秸稈、雜草、人畜糞便等廢棄物放在密閉的沼氣池中發酵，就會產生沼氣（可再生能源），可用作燃料。 【展示】海底埋藏著大量可燃燒的“冰”——可燃冰 形成：在高壓和低溫條件下形成； 主要成分：甲烷水合物； 優點：具有熱值高、儲量巨大等，有望成為未來新能源； 弊端：如果開發和利用不當，有可能引發地質災害和溫室效應加劇等問題。 【思考與討論】如果按下表所示的化石能源儲量和年產量，估算大約多少年后將可能沒有可開采的煤、石油和天然氣。 在圖7-23中表示你的估算結果，并談談你對化石能源使用與開發的看法。 合理開采化石能源，提高燃料利用率 【對應訓練1】下列鑒別氫氣和甲烷的方法正確的是（ ） A.點燃，觀察火焰顏色 B.點燃，在火焰上方罩一個干冷的燒杯 C.將燃著的木條放在盛有氫氣和甲烷的集氣瓶口 D.點燃，在火焰上方罩一個內壁涂有澄清石灰水的燒杯 【答案】D 【對應訓練2】人類目前消耗的能源主要來自化石燃料。 (1)石油是化石燃料之一，它屬于___________(填“純凈物” 或“混合物”)。 (2)煤塊經粉碎處理后，在空氣中燃燒得更快、更充分，這是因為_____________________。 (3)農村居民用上了天然氣。天然氣燃燒的化學方程式為___________________________。 【答案】混合物 增大了煤與空氣的接觸面積 CH4+2O2CO2 + 2H2O 引導學生理解化學反應與能量變化的關系，尤其是燃燒反應的放熱現象。 通過討論家用和工業燃料，引導學生認識化石燃料。 通過講解煤、石油、天然氣的形成與利用，加深學生對不可再生能源的理解。 強調化石燃料的綜合利用及其對環境的影響，培養學生的環保意識和社會責任感。 通過元素觀設計驗證甲烷的組成和燃燒產物的實驗，提升學生的動手操作能力和科學探究技能。 總結甲烷及沼氣的性質，幫助學生鞏固對燃料特性的理解。 通過估算化石能源儲量，引導學生思考未來能源枯竭的問題及應對策略，培養學生的社會責任感。
環節二、 降低化石能源的利用對環境的影響 【過渡】人類社會的發展離不開能源，而化石燃料對人類社會的進步有著巨大的貢獻，人類生活和生產的各個方面都有化石能源的身影。化石燃料的燃燒，給人類提供能量的同時，也給人類生存的環境帶來了污染，溫室效應的增強、空氣質量的日益下降都與化石燃料的利用有著密切的聯系，化石燃料的利用為什么會造成如此嚴重的環境問題呢？請同學們根據三種化石燃料的組成分析其燃燒后的產物，再聯系分析其造成的環境問題。 【學生活動】分析煤、石油、天然氣燃燒的產物。 【總結】 1．化石燃料的主要組成是碳元素，其充分燃燒會產生大量的CO2，燃料燃燒不充分，會產生一氧化碳等。 2．化石燃料中還含有氫元素，燃燒生成水。 3．化石燃料的雜質中含有硫元素，燃燒時產生空氣污染物二氧化硫。 4．化石燃料的雜質中含有氮元素，燃燒時產生空氣污染物二氧化氮、一氧化氮。 5．未燃燒的碳氫化合物及炭粒、塵粒等排放到空氣中形成浮塵。 【講解】化石燃料燃燒時排放大量的CO2等污染物，會加劇“溫室效應”，導致兩極冰川融化，海平面上升等。煤燃燒時排放出SO2、NO2等氣體，這些氣體或氣體在空氣中發生反應后的生成物溶于雨水，會形成酸雨。酸雨對建筑物、金屬制品、土壤、森林等都有破壞作用。另外，以汽油或柴油為燃料的多數是汽車，它們燃燒時會生成一些未完全燃燒的碳氫化合物、氮的氧化物、含鉛化合物、煙塵和一氧化碳等，隨汽車尾氣直接排放到空氣中會造成空氣污染。 【學生活動】閱讀教材，說一說有哪些降低化石能源的利用對環境影響的措施？ 大力推廣使用脫硫煤，改進脫硫設備； 天然氣代替煤； 改進發動機的燃燒方式，使用催化凈化裝置，加大尾氣檢測力度，推廣使用電動汽車； 開發和利用新的清潔燃料及能源。 【展示】開發新能源——氫能源 【分析】氫能源的優點 【講解】實驗室常用鋅和稀硫酸反應制取氫氣。反應的化學方程式為Zn＋H2SO4 =ZnSO4＋H2↑，發生裝置為固液常溫型。 【講解】工業上一般通過電解水或以化石能源為原料制取氫氣。 大量制取和儲運成本較高，氫氣在生產和生活中還未能廣泛應用。 【展示】開發新能源——其他能源 隨著科學技術的發展，和人們對美好環境的追求，人們正在尋找各種無污染的清潔能源，太陽能、風能、核能、地熱能、水能和生物質能等清潔能源的應用也越來越普遍。 【展示】浙江溫州灘涂光伏發電項目，青海德令哈熔鹽光熱發電項目，廣東陽江海上風電項目，福建福清“華龍一號”核電項目 我國已經建成世界最大規模的清潔發電體系，開發新能源的作用：解決化石能源枯竭，減少環境污染。 【對應訓練3】下列關于煤的說法不正確的是（ ） A.煤是一種化石燃料，最終將被耗盡 B.將煤隔絕空氣加熱，可以得到焦炭、煤焦油、煤氣等物質 C.煤只含有碳、氫兩種元素 D.煤是一種復雜的混合物 【答案】C 【對應訓練4】化石燃料中的煤通常含有硫元素，直接燃燒會產生SO2。下列措施不能減少SO2排放的是（ ） A .燃煤時提供充足的氧氣 B .推進“煤改氣”、“煤改電” C .使用地熱能等新能源 D .循環利用工業尾氣中的SO2 【答案】A 【對應訓練5】下列措施：①改進發動機的燃燒方式，使汽油充分燃燒；②使用催化凈化裝置使有害氣體轉化為無害物質；③使用無鉛汽油；④改用壓縮天然氣。 其中能夠減少汽車尾氣對空氣污染的是（ ） ①② B.②③ C.①②③④ D.①②③ 【答案】C 通過學生分析化石燃料燃燒產物，鍛煉學生運用化學知識理解現實環境問題的能力。 讓學生探討燃燒產物與環境污染的關聯，培養他們分析和解決復雜問題的思維能力。 展示氫能源及其他新能源開發，激發學生對未來能源解決方案的興趣和創新思維。 通過實驗室制取氫氣等演示，培養學生對化學反應的直觀理解。 通過展示工業制氫和新能源項目，提升學生對現代科學技術的認知。 通過針對性訓練題，鞏固學生對化石燃料和新能源知識的掌握，提升其在實際問題中的應用能力。
課堂總結
板書 設計 課題2 化石能源的合理利用 化石能源的利用 1．煤和石油（都是混合物） 2．天然氣（主要成分是甲烷） 甲烷——最簡單的有機物。 物理性質： 化學性質： 降低化石能源的利用對環境的影響 1.污染物：CO、SO2、NO、NO2、顆粒物等 環境問題：酸雨、霧霾等 解決方法：煤脫硫、尾氣處理、清潔能源等 2.開發新能源 氫能：2H2 + O2 2H2O 其他能源：太陽能、風能、核能等
教學 反思 亮點：本教學過程充分結合了理論講解、實踐操作和現實問題討論，形成了多維度的教學模式。通過引導學生分析化石燃料的組成及燃燒產物，培養了學生的科學分析能力和環境責任感。實驗環節的設計使得學生能夠直觀理解氫氣的制備過程，理論聯系實際，提升了學生的動手能力和探究興趣。此外，涉及新能源的展示和討論拓寬了學生視野，引導他們關注未來能源發展方向。 不足：可能對個別環節的時間把控不夠精準，導致某些內容講解過于倉促，學生消化吸收的時間有限。實驗設計雖然有助于理解理論，但若實驗條件、設備或安全性未充分考慮，可能會影響實驗效果及學生的安全。此外，教學內容較多，信息量大，容易造成學生認知負擔，部分學生可能難以全面掌握所有知識點。 教學建議：建議在教學設計中更加注重時間安排，確保每個環節都有充足的時間進行消化和討論。對于實驗環節，需提前檢查設備及材料的準備情況，并加強安全指導。此外，可考慮分層次教學，根據學生的接受能力，適當簡化或深入個別內容，以確保所有學生都能有效理解。最后，可增加互動環節和反饋機制，及時了解學生的理解程度與困惑，以便調整教學策略。

展開更多......

收起↑