课题2 化石能源的合理利用 教学设计（表格式） 2024-2025学年人教版九年级化学上册

第七单元《能源的合理利用与开发》教学设计
课题2 化石能源的合理利用
课题： 7.2 化石能源的合理利用 课时 1 授课年级 初三
课标要求 认识化学在解决与资源、能源、环境相关的问题中的作用；了解天然气在社会生活中的应用；知道资源开发、能源利用可能会对环境产生影响，树立环保意识；结合实例，从物质及其变化的视角，认识资源的综合利用与新能源的开发，理解化学与生态环境保护的关系；知道人类生存与发展会面临来自环境、能源、资源方面的危机与不确定性挑战。
教材 分析 化石能源的合理利用属于社会性科学议题，学生对此并不陌生。此前，学生已在物理课上接触了能量相关内容，在本单元课题1也认识了化学反应的能量变化。本课题是在此基础上，进一步展示化学反应的应用价值。 对化石能源的合理利用主要有两个方向。一个方向是利用一定量的化石能源产生更多能量和 产品，即物尽其用。另一个方向是减少化石能源使用中对环境造成的不良影响，主要通过提升质 量、改善技术，以及寻找替代品。因此在内容安排上，教科书首先通过对煤、石油、天然气这三种燃料的介绍，帮助学生进一步理解物质变化过程伴随着能量变化，体会化学反应造福人类的应 用价值。接下来，教科书针对化石能源对环境的影响，介绍了减少环境污染的做法，进而提出了开发与利用新能源(主要以氢能源为例)；引导学生从物质及其变化的视角认识化石能源的综合利用与新能源的开发，理解化学与环境的关系，感悟人类社会的发展会遇到能源、环境等不确定性挑战，进一步建立化学有助于解决能源、环境等可持续发展问题的观念。 在活动设计上，教科书通过【实验7-2】介绍甲烷的可燃性和元素组成；安排了估算化石能源 使用年限的“思考与讨论”栏目，揭示合理利用化石能源的必要性；设置了“调查与研究”栏目，引发对家用燃料使用情况的关注。在资料类栏目设置上，教科书运用“资料卡片——石油和煤的综合利用”“科学·技术·社会——我国可燃冰资源的开采”,补充介绍了化石能源利用的现状。 在能源利用方面，我国有悠久的历史，也取得了举世瞩目的成就。教科书通过正文、插图、 栏目等，介绍了我国是世界上最早利用天然气的国家，展示了我国在化石能源清洁高效利用、优化能源消费结构等方面的成就。
学情分析 在本课时中，学生对于化石能源的合理利用并不陌生，因为这一主题属于社会性科学议题，并且他们此前在物理课程中已经接触过相关的能量内容。此外，本单元的前期学习已经让学生对化学反应中的能量变化有了一定的认识。因此，本课题的教学可以在此基础上，进一步帮助学生理解化学反应的实际应用价值。学生可能已经具备了一定的背景知识，尤其是在理解化学与能量、环境关系方面，他们有基础去探索化学反应如何造福人类以及如何应对环境挑战。通过教材中提供的实验和讨论活动，学生可以更加具体地了解物质变化与能量变化的关系，以及化石能源的综合利用和环境保护的重要性。学生的兴趣可能会被教材中丰富的活动设计和资料补充所激发，这些内容不仅加强了他们对科学技术与社会的理解，也促使他们关注现实生活中的能源使用情况，并思考合理利用化石能源的必要性。总体来看，学生在本课时应能较好地连接已有知识与新内容，进一步感知化学在社会发展中的重要作用。
教学目标 1.了解化石能源的种类、组成及特点。知道甲烷的可燃性和主要用途； 2.了解煤和石油的综合利用，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，意识到开发新能源的意义； 4.初步应用元素观、变化观等化学观念和科学探究方法解决问题； 5.认识能源开发利用是促进人类社会发展的重要力量，知道其可能对环境产生的影响，树立合理利用能源的意识。
教学重、难点 重点：化石能源的种类、组成及特点； 难点：初步应用元素观、变化观等化学观念和科学探究方法解决问题。
核心素养 化学观念：通过理解化石能源的组成、燃烧和能量释放的过程，深化了对物质变化与能量变化关系的认识，帮助学生形成了化学反应中能量转化的基本观念。 科学思维：通过分析化石能源对环境的影响以及开发新能源的必要性，学生培养了系统性和批判性的科学思维能力。 科学探究与实践：通过【实验7-2】的设计，学生有机会进行实际的科学探究，观察甲烷的可燃性和其元素组成，增强了学生的实践动手能力，也提升了他们解决问题的能力。 科学态度与责任：鼓励学生采取负责任的态度，关注化石能源的合理利用，并思考解决能源和环境问题的可行性，不仅涉及科学知识的应用，还包括对社会和环境的责任感。
教学过程
教学环节 教学活动 设计意图
环节一、 化石能源的利用 【回顾】酒精在燃烧的过程中发生了什么变化呢？ 物质变化：C2H5OH+3O22CO2+3H2O 能量变化：放出大量的热量 【讲解】化学反应一般都会伴随能量的变化，主要表现为热量的变化。 放热反应：燃烧及缓慢氧化、金属与酸的反应、氧化钙与水反应 吸热反应：碳与二氧化碳反应 【交流讨论】家里做饭时用的是什么燃料？汽车用的燃料有哪些？炼钢厂、热电厂等使用什么燃料？ 【讲解】目前，人类利用的能量大多来自化石能源，如煤、石油和天然气等。这些化石能源及其加工后的产品常被用作燃料，因此化石能源也被称为化石燃料。那么，化石能源是如何被利用的？ 【展示】煤、石油、天然气的形成 化石燃料是由古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的，属于不可再生能源。 【讲解】煤是复杂的混合物，主要含有碳元素，还含有氢、氧、氮、硫等元素。 煤干馏后的综合利用，既可以充分利用煤资源，还可以极大地减少污染。 【讲解】石油也是复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素。将石油加热并使用催化剂炼制再分馏，可得到多种产品，使石油得到综合利用。 原理：利用各成分的沸点不同。 液化石油气是石油化工的一种产品，加压后可储存在钢瓶中，一般作为燃料使用。 【讲解】有石油的地方一般都有天然气(主要成分是甲烷)，我国是世界上最早利用天然气的国家。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）。 【问题】如何设计实验验证甲烷的元素组成？ 【实验】甲烷燃烧及其产物检验 步骤：(1)点燃从导管放出的甲烷，在火焰上方罩一个干燥的烧杯，过一会儿，观察烧杯壁上的现象。 迅速把烧杯倒过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡，观察现象。 记录： 实验现象化学方程式（1）烧杯内壁有无色液滴产生CH4+2O2CO2 + 2H2O（2）澄清石灰水变浑浊CO2 + Ca(OH)2 =CaCO3↓ + H2O
分析：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 【小结】甲烷的性质 物理性质：①通常状况下为无色、无气味的气体 ②极难溶于水 ③密度比空气小 收集方法：排水法、向下排空气法 化学性质：可燃性，点燃纯净的甲烷气体，产生淡蓝色火焰。点燃前需验纯！ 【讲解】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（可再生能源），可用作燃料。 【展示】海底埋藏着大量可燃烧的“冰”——可燃冰 形成：在高压和低温条件下形成； 主要成分：甲烷水合物； 优点：具有热值高、储量巨大等，有望成为未来新能源； 弊端：如果开发和利用不当，有可能引发地质灾害和温室效应加剧等问题。 【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7-23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。 合理开采化石能源，提高燃料利用率 【对应训练1】下列鉴别氢气和甲烷的方法正确的是（ ） A.点燃，观察火焰颜色 B.点燃，在火焰上方罩一个干冷的烧杯 C.将燃着的木条放在盛有氢气和甲烷的集气瓶口 D.点燃，在火焰上方罩一个内壁涂有澄清石灰水的烧杯 【答案】D 【对应训练2】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】混合物 增大了煤与空气的接触面积 CH4+2O2CO2 + 2H2O 引导学生理解化学反应与能量变化的关系，尤其是燃烧反应的放热现象。 通过讨论家用和工业燃料，引导学生认识化石燃料。 通过讲解煤、石油、天然气的形成与利用，加深学生对不可再生能源的理解。 强调化石燃料的综合利用及其对环境的影响，培养学生的环保意识和社会责任感。 通过元素观设计验证甲烷的组成和燃烧产物的实验，提升学生的动手操作能力和科学探究技能。 总结甲烷及沼气的性质，帮助学生巩固对燃料特性的理解。 通过估算化石能源储量，引导学生思考未来能源枯竭的问题及应对策略，培养学生的社会责任感。
环节二、 降低化石能源的利用对环境的影响 【过渡】人类社会的发展离不开能源，而化石燃料对人类社会的进步有着巨大的贡献，人类生活和生产的各个方面都有化石能源的身影。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】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，会产生一氧化碳等。 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二氧化硫。 4．化石燃料的杂质中含有氮元素，燃烧时产生空气污染物二氧化氮、一氧化氮。 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。 【讲解】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。煤燃烧时排放出SO2、NO2等气体，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。另外，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。 【学生活动】阅读教材，说一说有哪些降低化石能源的利用对环境影响的措施？ 大力推广使用脱硫煤，改进脱硫设备； 天然气代替煤； 改进发动机的燃烧方式，使用催化净化装置，加大尾气检测力度，推广使用电动汽车； 开发和利用新的清洁燃料及能源。 【展示】开发新能源——氢能源 【分析】氢能源的优点 【讲解】实验室常用锌和稀硫酸反应制取氢气。反应的化学方程式为Zn＋H2SO4 =ZnSO4＋H2↑，发生装置为固液常温型。 【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。 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。 【展示】开发新能源——其他能源 随着科学技术的发展，和人们对美好环境的追求，人们正在寻找各种无污染的清洁能源，太阳能、风能、核能、地热能、水能和生物质能等清洁能源的应用也越来越普遍。 【展示】浙江温州滩涂光伏发电项目，青海德令哈熔盐光热发电项目，广东阳江海上风电项目，福建福清“华龙一号”核电项目 我国已经建成世界最大规模的清洁发电体系，开发新能源的作用：解决化石能源枯竭，减少环境污染。 【对应训练3】下列关于煤的说法不正确的是（ ） A.煤是一种化石燃料，最终将被耗尽 B.将煤隔绝空气加热，可以得到焦炭、煤焦油、煤气等物质 C.煤只含有碳、氢两种元素 D.煤是一种复杂的混合物 【答案】C 【对应训练4】化石燃料中的煤通常含有硫元素，直接燃烧会产生SO2。下列措施不能减少SO2排放的是（ ） A .燃煤时提供充足的氧气 B .推进“煤改气”、“煤改电” C .使用地热能等新能源 D .循环利用工业尾气中的SO2 【答案】A 【对应训练5】下列措施：①改进发动机的燃烧方式，使汽油充分燃烧；②使用催化净化装置使有害气体转化为无害物质；③使用无铅汽油；④改用压缩天然气。 其中能够减少汽车尾气对空气污染的是（ ） ①② B.②③ C.①②③④ D.①②③ 【答案】C 通过学生分析化石燃料燃烧产物，锻炼学生运用化学知识理解现实环境问题的能力。 让学生探讨燃烧产物与环境污染的关联，培养他们分析和解决复杂问题的思维能力。 展示氢能源及其他新能源开发，激发学生对未来能源解决方案的兴趣和创新思维。 通过实验室制取氢气等演示，培养学生对化学反应的直观理解。 通过展示工业制氢和新能源项目，提升学生对现代科学技术的认知。 通过针对性训练题，巩固学生对化石燃料和新能源知识的掌握，提升其在实际问题中的应用能力。
课堂总结
板书 设计 课题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．天然气（主要成分是甲烷） 甲烷——最简单的有机物。 物理性质： 化学性质： 降低化石能源的利用对环境的影响 1.污染物：CO、SO2、NO、NO2、颗粒物等 环境问题：酸雨、雾霾等 解决方法：煤脱硫、尾气处理、清洁能源等 2.开发新能源 氢能：2H2 + O2 2H2O 其他能源：太阳能、风能、核能等
教学 反思 亮点：本教学过程充分结合了理论讲解、实践操作和现实问题讨论，形成了多维度的教学模式。通过引导学生分析化石燃料的组成及燃烧产物，培养了学生的科学分析能力和环境责任感。实验环节的设计使得学生能够直观理解氢气的制备过程，理论联系实际，提升了学生的动手能力和探究兴趣。此外，涉及新能源的展示和讨论拓宽了学生视野，引导他们关注未来能源发展方向。 不足：可能对个别环节的时间把控不够精准，导致某些内容讲解过于仓促，学生消化吸收的时间有限。实验设计虽然有助于理解理论，但若实验条件、设备或安全性未充分考虑，可能会影响实验效果及学生的安全。此外，教学内容较多，信息量大，容易造成学生认知负担，部分学生可能难以全面掌握所有知识点。 教学建议：建议在教学设计中更加注重时间安排，确保每个环节都有充足的时间进行消化和讨论。对于实验环节，需提前检查设备及材料的准备情况，并加强安全指导。此外，可考虑分层次教学，根据学生的接受能力，适当简化或深入个别内容，以确保所有学生都能有效理解。最后，可增加互动环节和反馈机制，及时了解学生的理解程度与困惑，以便调整教学策略。