资源简介

课题2 化石能源的合理利用
一、知识目标
1.了解化石能源（煤、石油、天然气）的种类、组成及特点。知道甲烷的可燃性和主要用途。
2.了解煤的干馏和石油分馏等综合利用方式，认识化学在能源合理利用与开发中的重要作用。
3.了解降低化石能源利用对环境影响的方法和措施，知道氢能等新能源的特点及开发新能源的意义。
二、核心素养目标
1.化学观念：从宏观上认识化石能源的种类和用途，从微观上理解其组成和燃烧产物对环境的影响。
2.科学思维：通过分类、归纳（如煤、石油、天然气的成分和用途等），了解化石能源及其对环境的危害，理解新能源开发对社会发展的重要性，形成批判能力和创新意识。
3.科学探究与实践：调查家用燃料的变迁，分析其中的原因和动力，并对燃料利用过程中的社会问题（如环境污染、资源短缺等）提出相应的解决方案。
4.科学态度与责任：通过对化石能源储量和使用情况的分析，增强节约能源和保护环境的意识，培养对社会可持续发展的责任感。
一、教学重点
1.化石能源的利用及综合利用方式。
2.甲烷的性质和用途。
3.降低化石能源对环境影响的措施。
二、教学难点
1.理解煤的干馏和石油分馏的原理
2.认识开发新能源的重要性和面临的挑战。
本节教学内容出自人教版2024年九年级化学上册第七单元课题2《化石能源的合理利用》。该内容是在学生学习了燃烧与灭火等知识的基础上，对能源相关内容的进一步探究，在教材中起着承上启下的作用。它不仅是对之前化学知识的应用，也为后续学习新能源的开发与利用等内容奠定基础，有助于学生构建完整的化学知识体系。
教材围绕化石能源的合理利用展开，首先介绍了化石能源的种类、组成及特点，包括煤、石油和天然气，详细阐述了它们的综合利用方式，如煤的干馏、石油的分馏等，让学生认识到化学在能源利用中的重要作用。接着通过实验探究甲烷的燃烧，加深学生对天然气性质的理解。然后分析了化石能源利用对环境的影响，如酸雨、温室效应等，并提出了相应的解决措施，引导学生树立环保意识。最后引入新能源的概念，介绍了氢能、太阳能等新能源的特点和应用，激发学生对新能源开发的兴趣。
九年级的学生已经具备了一定的化学基础知识和实验操作技能，对燃烧、化学反应等概念有了初步的认识，但对于能源的综合利用和环境影响等问题的理解还不够深入。在思维方面，九年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验现象比较感兴趣，但在分析和解决复杂问题时，还需要教师的引导和启发。
在生活经验上，学生对化石能源有一定的了解，如知道煤、石油、天然气是常用的能源，但对于它们的具体成分、形成过程和综合利用方式并不清楚。而且学生在日常生活中已经接触到了一些能源利用带来的环境问题，如雾霾、酸雨等，但缺乏对这些问题的深入思考和解决方法的探究。
基于以上学情，在教学过程中，教师应充分利用实验、图片、视频等多种教学手段，将抽象的知识形象化，激发学生的学习兴趣。同时，要引导学生积极参与讨论和探究活动，培养他们的分析问题和解决问题的能力，帮助学生树立正确的能源观和环保意识。
教学环节一 新课导入
【引导学生讨论】同学们，上节课我们学习了燃料的燃烧，燃烧过程中会释放出能量，供应人类的生产与生活。而燃烧过程中所谓的可燃物，就是我们日常所说的能源，我们的衣食住行都离不开能源。现在请大家分组讨论一下，说一说你们在生活中都用到了哪些能源。（给学生几分钟时间进行小组讨论，然后请小组代表发言，学生可能会提到柴火、煤球、液化石油气、天然气等）
【展示能源结构示意图】大家说得都很全面。从大家的发言中我们可以看出，能源和我们的生活息息相关。接下来，老师给大家展示一张 2020 年中国能源结构示意图（展示课件中的示意图）。从这张图中我们可以看到，煤、石油、天然气在我国能源结构中占据着重要的地位，它们被称为三大化石能源。
【引入古代能源利用】其实，人类利用化石能源的历史非常悠久。我国古代著作《天工开物》中就有对煤炭开采和利用的记载：“凡煤炭普天皆生，以供锻炼金石之用。”这说明在古代，人们就已经开始利用煤炭来进行生产活动了。
【提出问题】看到这些古代和现代对化石能源的利用，大家有没有想过，这些化石能源是如何形成的？它们有哪些特点和用途？在利用化石能源的过程中，又会对环境产生哪些影响呢？带着这些问题，让我们一起走进今天的学习——化石能源的合理利用。
设计意图
1. 激发学生兴趣：通过让学生讨论生活中常见的能源，调动学生的生活经验，激发他们的表达欲望和学习兴趣，使学生主动参与到课堂中来。
2.联系实际与历史：展示能源结构示意图，让学生直观地了解化石能源在我国能源体系中的重要地位。引入古代对化石能源的利用记载，将化学知识与历史文化相结合，增加了知识的趣味性，培养学生对传统文化的认同感。
3.引发思考，导入新课：提出关于化石能源形成、特点、用途以及环境影响等问题，自然地过渡到本节课的主题，让学生明确学习方向，带着问题去探索新知识，提高学习的主动性和积极性。
教学环节二 化石能源的利用
活动一：认识煤和石油
【情境引入】化石能源是由古代生物的遗骸经一系列复杂变化形成的，是不可再生能源。下面我们就从化学角度出发，了解煤和石油的组成及特点。
【学生活动】请同学们带着下面的问题阅读教材P169-170。
【问题】从物质分类的角度分析，煤、石油属于哪类物质？煤、石油分别由哪些元素组成？在现代社会，煤、石油除了作燃料，还有哪些应用？
【设计意图】通过学生自主学习，让学生初步认识煤和石油的组成及应用。
【师生活动
学生：自由发言，分享自己所知道的关于煤、石油的信息。
教师讲解：
（1）煤是复杂的混合物，主要含C，还含H、S、N、O等，是不可再生能源，可作燃料。煤隔绝空气加强热，会发生化学变化，得到焦炭、煤焦油和煤气。焦炭是冶金工业的重要原料，煤焦油是重要的化工原料，煤气的主要成分是H2、CH4、CO等，可作为生活燃气。
（2）石油又称原油，属于混合物，主要含C和H，也是不可再生能源。石油通过加热炼制等方法，利用各成分的沸点不同进行分离，得到液化石油气、汽油、煤油、柴油等多种燃料和化工原料，使石油得到综合利用，这个过程发生的是物理变化。石油炼制得到的液化石油气是一种常用的家用燃料，但是它易燃易爆，其钢瓶内压强较大，使用时要注意安全。另外，石油的还能用于生产合成纤维、塑料、油漆等。
教师展示煤、石油的实物标本或图片，让学生更直观地认识它们。
【设计意图】通过生活实例引入，激发学生的学习兴趣，让学生从生活经验出发，逐步了解化石能源的种类和基本特点，培养学生的自主思考和表达能力。
活动二：认识天然气
【情景引入】有石油在的地方一般就有天然气。天然气主要含有由碳和氢组成的气态碳氢化合物，其中最主要的成分是甲烷（CH4）。
【图片展示】家用燃气灶使用天然气的图片和《天工开物》中记载的利用天然气熬制井盐的示意图。
【教师讲解】在我们的生活中，天然气是一种常用的能源，同时我国是最早利用天然气的国家。大家在使用天然气时，有没有想过它是一种什么样的物质，有哪些性质呢？
【实验探究】甲烷的燃烧实验，提醒学生点燃CH4前需验纯。
【实验现象】甲烷燃烧，产生蓝色火焰，放出热量；烧杯内壁出现无色液滴；烧杯中澄清的石灰水变浑浊。
【师生活动】教师引导学生根据实验现象得出实验结论：甲烷具有可燃性；燃烧后有H2O和CO2生成，说明甲烷中含有氢元素和碳元素。并写出化学方程式CH4+2O2 === (点燃) CO2+2H2O。
【补充讲解】
（1）沼气：池沼中产生的沼气的主要成分是甲烷。把秸秆、杂草、人畜粪便等废弃物放在密闭的沼气池中发酵，就会产生沼气，可用作燃料(如图)。
（2）可燃冰：海底埋藏着大量的可燃冰，可燃冰是甲烷水合物，具有热值高、储量巨大的特点，是未来新能源。但吐过开发利用不当，有可能引发地质灾害和温室效应加剧等问题。
【设计意图】通过实验和实例，让学生直观地了解天然气的性质和利用，培养学生的观察能力和分析能力，同时让学生了解新能源的发展前景，激发学生的学习兴趣。
【思考与讨论】如果按下表所示的化石能源储量和年产量，估算大约多少年后将可能没有可开采的煤、石油和天然气。在图中表示你的估算结果，并谈谈你对化石能源使用与开发的看法。
化石能源 储量 年产量
煤 2079亿吨 41.3亿吨
石油 36.89亿吨 1.99亿吨
天然气 63393亿立方米 2075.8亿立方米
【学生活动】分组完成任务，进行结果阐述并发表看法。
【对应训练】（2025·陕西）人类社会的发展离不开能源。下列不属于化石能源的是（ ）
A．石油 B．煤 C．天然气 D．氢能
【答案】D
教学环节三 降低化石能源的利用对环境的影响
活动一：了解化石能源利用对环境的影响及防治措施
【情景引入】化石能源的广泛使用大大改善了人类的生活，推动了经济发展和社会进步，而化石燃料的燃烧，给人类提供能量的同时，也给人类生存的环境带来了污染，温室效应的增强、空气质量的日益下降都与化石燃料的利用有着密切的联系，化石燃料的利用为什么会造成如此严重的环境问题呢？请同学们根据三种化石燃料的组成分析其燃烧后的产物，再联系分析其造成的环境问题。
【学生活动】根据化石能源的元素组成特点，分析煤、石油、天然气燃烧的产物。
【总结】
（1）化石燃料的主要组成是碳元素，其充分燃烧会产生大量的CO2，燃料燃烧不充分，还会产生CO等。
（2）化石燃料中还含有氢元素，燃烧生成水。
（3）化石燃料的杂质中含有硫元素，燃烧时产生空气污染物SO2。
（4）化石燃料的杂质中含有氮元素，燃烧时产生空气污染物NO2、NO。
（5）未燃烧的碳氢化合物及炭粒、尘粒等排放到空气中形成浮尘。
【问题】化石燃料燃烧后产物的物质排放到大气中会产生哪些环境问题？这些问题应如何避免？
【学生活动】阅读教材P173-174，了解化石能源在使用过程中产生的环境问题并给出相应的解决措施。
【总结】
（1）煤燃烧时排放出SO2、NO2等，这些气体或气体在空气中发生反应后的生成物溶于雨水，会形成酸雨。酸雨对建筑物、金属制品、土壤、森林等都有破坏作用。使用脱硫煤可以减少SO2的排放，或使用天然气等较清洁能源可以降低污染物的排放。
（2）以汽油或柴油为燃料的多数是汽车，它们燃烧时会生成一些未完全燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物、含铅化合物、烟尘和一氧化碳等，随汽车尾气直接排放到空气中会造成空气污染。改进汽车发动机可以减少尾气中有害物质的排放，或开发新能源以减少对化石能源的依赖。
（3）化石燃料燃烧时排放大量的CO2等污染物，会加剧“温室效应”，导致两极冰川融化，海平面上升等。开展低碳行动是我们日常生活中就可以践行的措施，另外开发新能源以减少对化石能源的依赖。
活动二：认识新能源
【教师引导】有一种新能源被称为是清洁、高能燃烧，它就是氢气。现阶段氢能已在发展利用阶段。如氢能源汽车，它主要应用的电池就是氢燃料电池，氢能也是航空动力之一，航空运行中利用电解水产生的氢气作燃料。
【学生活动】交流讨论：为什么说氢气是一种理想的清洁、高能燃料呢？
【总结】氢气本身无毒、极易燃烧、放热量高、燃烧产物是水，无污染，且可通过电解水制取氢气，原料来源广泛。
2H2 + O2 2H2O
【讲解】工业上一般通过电解水或以化石能源为原料制取氢气。目前，由于氢气大量制取和储运成本较高，氢气在生产和生活中还未能广泛应用。随着科技的发展，氢能源的开发和利用已取得很大进展，氢气将可能成为主要的能源之一。
【补充讲解】工业生产中，氢气可以通过电解水制得，在实验室里常用锌粒和稀硫酸反应来制得，反应的化学方程式是Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。
【学生活动】根据氢气的制取原理和性质选择氢气的制取装置。
【总结】锌粒和稀硫酸分别是固体和液体，反应条件为常温，所以用固液常温型发生装置，氢气密度比空气小，且难溶于水，不与水反应，可用排水法或向下排空气法收集。
【图片展示】新能源的应用：太阳能充电站、太阳能路灯、太阳能热水器、秦山核电站、新疆达坂城风力发电站等。
【讲解】除了氢能，人们开发和应用了各种清洁能源，如太阳能、风能、核能、地热能、水能和生物质能等，这些清洁能源的应用也越来越普遍。
【图片展示】我国能源结构的变化趋势图。
【总结】近年我国煤炭的使用量在逐渐降低，可再生能源，即清洁能源的占比逐年增大。为了早日实现碳达峰和碳中和，我国坚持贯彻绿色发展理念，促进能源消费结构不断优化，向清洁低碳方向转变。希望同学们在日常生活中也坚持低碳生活的理念，保护环境。
【设计意图】通过讨论和讲解，让学生了解降低化石能源利用对环境影响的方法和措施，培养学生的创新思维和解决问题的能力，同时让学生了解新能源的发展前景，激发学生对科学技术的兴趣。
【对应训练】发射“嫦娥六号”的火箭用到了无污染的高能燃料，该燃料最有可能是（ ）
A．液氢 B．液氧 C．煤油 D．酒精
【答案】A
课题2 化石能源的合理利用
一、化石能源的利用
1.煤：干馏 →化学变化
2.石油：分馏→物理变化
3.天然气：CH4 + 2O2 === (点燃) CO2 + 2H2O
二、降低化石能源的利用对环境的影响
SO2、NO2、NO等→酸雨→使用脱硫煤、天然气
CO、烟尘等→空气污染→改进汽车发动机、使用清洁能源
CO2→温室效应加剧→低碳行动、开发新能源→氢能、太阳能、风能等
氢能：2H + O === (点燃) 2H O，产物无污染，热值高，原料广
1．我国古代著作《天工开物》中就有对煤炭开采的记载：“凡煤炭普天皆生，以供锻炼金石之用。”下列关于煤的说法正确的是（ ）
A．煤燃烧是吸热反应
B．煤在地球上的蕴藏量是有限的
C．煤经过物理变化加工得到的气体燃料就是煤气
D．煤是一种纯净物，与石墨、金刚石都属于碳单质
【答案】B
2. 2025年政府工作报告中再次强调“积极稳妥推进碳达峰、碳中和”。下列做法不利于实现“碳达峰”“碳中和”的是（ ）
A．发展太阳能发电 B．增加化石燃料的使用
C．积极植树造林 D．践行光盘行动
【答案】B
3.人类目前消耗的能源主要来自化石燃料。
(1)石油是化石燃料之一，它属于___________(填“纯净物” 或“混合物”)。
(2)煤块经粉碎处理后，在空气中燃烧得更快、更充分，这是因为_________________________________。
(3)农村居民用上了天然气。天然气燃烧的化学方程式为_________________________________。
【答案】（1）混合物
(2) 增大了煤与空气的接触面积
(3) CH4 + 2O2 === (点燃) CO2 + 2H2O
在本节课的教学中，通过展示图片、实验演示等方式，让学生较好地了解了化石能源的种类、组成、特点及综合利用，也认识到其对环境的影响和新能源开发的意义。但在教学过程中，对于一些抽象概念，如煤的干馏和石油的分馏，部分学生理解存在困难，后续应多结合生活实例进行讲解。在引导学生讨论化石能源的使用与开发时，学生参与度有待提高，可提前设置更具启发性的问题，激发学生思考。此外，在实验环节，应给予学生更多亲自动手的机会，增强他们的实践能力。

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