資源簡介

課題2 燃料的合理利用與開發
本課題首先通過燃燒反應中產生熱量，引出化學反應中的能量變化，從而認識到化學反應的重要作用。然后主要介紹化石燃料的利用。化石燃料是生活和生產中常用的燃料，煤、石油和天然氣等對于學生來說也并不陌生。關于天然氣，則是從認識其主要成分出發，通過實驗，進一步認識燃料的燃燒和應用。在了解化石燃料對人類所起的重要作用的同時，讓學生對化石燃料的使用年限進行估算，以認識要合理開發和節約使用資源的重要性。環境問題日益嚴重，特別是燃料燃燒對環境造成的污染，是不容忽視的問題。本課題結合化石燃料燃燒對環境的影響，說明使用清潔燃料和開發新能源以及保護環境的重要性。
第1課時 化學反應中的能量變化和化石燃料的利用
課題 化學反應中的能量變化和化石燃料的利用 課型 新授課
教學目標 知識與技能 1.了解化學反應中的能量變化，知道化學反應中的能量變化對人類生產、生活的重要作用。2.知道化石燃料是人類重要的自然資源，對人類生活起著重要作用；同時，了解化石燃料的不可再生性，認識合理開采和節約使用化石燃料的重要性。3.知道石油煉制出的幾種主要產品及其用途，認識燃料充分燃燒的重要性。
過程與方法 1.運用思考、討論的方法來獲取信息。2.運用實驗的方法來得出結論。
情感、態度與價值觀 通過對化石燃料的形成、使用年限，以及化石燃料對人類所起的重要作用的了解，使學生認識到合理開發化石能源的重要性，培養節約利用資源的意識。
教學重點 1.了解化學反應中的能量變化。2.了解化石燃料的形成過程和不可再生性。3.認識化石燃料對人類所起的重要作用。4.知道石油煉制的幾種主要產品及用途。
教學難點 1.培養學生獨立思考、加工信息的能力。2.拓展性課題“煤和石油的綜合利用”。
教具準備 電腦投影儀，冷而干燥的燒杯，試管，小燒杯，試管架，貯氣瓶，酒精燈，膠頭滴管，玻璃片，鑷子，CH4氣體，澄清石灰水，鎂條，鹽酸，氫氧化鋇晶體，氯化銨晶體。
課前預習 1.物質發生化學反應生成新物質的同時，常常伴隨著能量的變化，通常表現為熱量的變化：①放熱現象，如生石灰與水反應；②吸熱現象，如碳與二氧化碳的反應。
備課筆記
課前預習 2.三大化石燃料是煤、石油和天然氣，是不可再生能源。（1）煤主要含有碳元素。（2）石油主要含有碳、氫元素。（3）天然氣的主要成分是甲烷。
3.使燃料充分燃燒的方法：一是燃燒時要有足夠的空氣；二是燃料與空氣要有足夠大的接觸面積。
新課導入 在日常生活中，許多物質都能發生燃燒反應并產生能量（熱量），從最早使用的柴草，到煤、石油和天然氣，發展至今天，出現了許許多多的新型燃料。這節課我們就來學習能量和燃料。
進行新課 知識點1化學反應中的能量變化［講解］生活經驗告訴我們燃料燃燒時產生了熱量，那么是不是只有通過燃料燃燒才能得到熱量呢？下面我們來做兩組實驗。［實驗1］在一支試管中加入一小匙干燥的生石灰再加入約2mL水，觀察現象，并用手觸摸試管外壁。［實驗2］在一個小燒杯里，加入約20 g已研磨成粉末的氫氧化鋇晶體，將小燒杯事先放在已滴有3～4滴水的玻璃片上。然后再加入約10 g NH4Cl晶體，并立即用玻璃棒攪拌，使氫氧化鋇晶體與NH4Cl充分反應。觀察玻璃片上的水是否由于結冰而將玻璃片與小燒杯粘在一起。［學生實驗，教師巡視］［現象］實驗1:生石灰逐漸溶解，試管壁發熱；實驗2:由于結冰，玻璃片與小燒杯粘在一起。［設問］這兩個實驗說明了什么問題呢？［回答］化學反應中都伴隨有能量的變化，有些化學反應中有熱量放出，有的則從外界吸收熱量。［講解］化學反應在生成新物質的同時，伴有能量的變化，而能量的變化通常表現為熱量的變化。類似于可燃物燃燒，生石灰和水這樣的反應，我們稱之為放熱反應。像碳與二氧化碳，氫氧化鋇晶體和NH4Cl的反應，稱之為吸熱反應。［介紹］在當今社會，人們利用化學反應，有時主要是為了制取所需要的物質，有時卻主要是為了利用化學反應所釋放出的能量。同學們能舉出一些利用化學反應產生能量的實例嗎？［學生討論，舉例］知識點2 化石燃料的利用（1）煤和石油［過渡］現在我們的生活中，經常使用的燃料以煤、石油和天然氣最為常見。因為它們都是由古代生物的遺骸經一系列復雜變化而形成的，所以我們稱之為化石燃料。［介紹］煤、石油、天然氣是當今世界上最重要的三大化石燃料。它們作為重要的能源，在我們的現代生活中起著很重要的作用。這節課我們先具體來學習煤和石油的綜合利用。［活動與探究］討論或思考：
備課筆記
小組問題討論：
常用的燃料有哪些？
（煤氣、液化氣、煤、汽油、柴油、天然氣、電能、太陽能……）
易錯提醒：
不是只有燃燒才有能量放出，例如氧化鈣與水反應就能放出大量的熱。
知識拓展：
化學能除了可以直接轉變為內能，還可以轉變為其他形式的能量，例如干電池的使用過程，就是把化學能轉變成電能。
進行新課 ①你家中做飯、洗浴等使用什么燃料？②汽車、輪船、飛機、拖拉機等使用什么燃料？③煉鋼廠、熱電廠等使用什么燃料？［小結］通過討論，我們知道常見的燃料有：煤、液化石油氣、天然氣、汽油、柴油、柴草、酒精等。在這些燃料里，有些是可以再生的，比如：柴草和酒精。而有些燃料是不可再生的，比如：煤、石油和天然氣。煤、石油、天然氣是當今世界上最重要的三大化石燃料。它們作為重要的能源，在我們的現代生活中起著很重要的作用。［提出問題］化石燃料是怎么形成的？為什么說它們是不可再生能源？如何開采煉制？有哪些性質用途？［視頻播放］煤、石油的形成過程、開采煉制、性質用途的短片。［閱讀討論］［討論1］①煤是純凈物嗎？那它含有哪些元素？②你知道煤作為燃料的原理是什么？［回答］①是混合物；煤主要含碳元素，此外還含有少量的H、N、S、O等元素以及無機礦物質（主要含硅、鉛、鈣、鐵等元素）。②原理是利用碳元素和氧反應放出熱量。［討論2］①石油可直接用作燃料嗎？石油產品中有哪些是常用燃料？②煤氣泄漏會造成什么危害？使用灌裝液化石油氣在安全上應注意什么？［回答］①不能！石油中除了含C、H元素外，還含C、O、N等元素。如果把石油作燃料的話，石油會燃燒不充分，不僅會造成浪費，還會生成大量的黑煙和含S、含N等有害氣體。汽油、煤油、柴油、石蠟等都是常用的燃料。石油煉制的部分產品和主要用途：見課本第138頁圖7-22。②危害：危害到人體和財產的安全；注意：使用罐裝液化石油氣在安全上應注意不能加熱，不能猛烈撞擊，使用完后要及時關閉，液化石油氣罐要定期檢修等。［歸納總結］煤和石油的比較［注意］①煤的干餾屬于化學變化，生成了新物質。石油的蒸餾屬于物理變化，沒有新物質生成。②煤氣是混合物，主要成分有氫氣(H2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)及其他氣體，可用作生活燃氣。
備課筆記
方法點撥：
可再生能源與不可再生能源的區分：可再生能源是指在一定時間內可以再生的、持續利用的一種能源，如水能、太陽能、風能、乙醇等；不可再生能源是指經過億萬年形成的、短期內無法再生的能源，如煤、石油、天然氣等。
進行新課 ③罐裝“煤氣”不是煤氣，而是液化石油氣，這是石油化工的一種產品，其主要成分有丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等物質。［提問］煤和石油除了作為燃料以外，還有其他用途嗎？請同學們閱讀課本P139“資料卡片”。［交流小結］由于煤和石油的用途非常廣泛，和人類的關系極為密切，所以，人們常把煤稱為“工業的糧食”，把石油稱為“工業的血液”。將煤隔絕空氣加熱，可使煤分解成焦炭、煤焦油和焦爐氣等。其中，焦炭可以冶金，焦爐氣則是重要的燃料，煤焦油是重要的化工原料。黑糊糊的煤焦油是一個大寶庫，已經從它里面分離出了上百種化合物，又進一步做成了各種有用的物質。這樣煤就能被綜合利用了。在20世紀興起了綜合利用石油產品的工業——石油化工。科技工作者把燃料油中較大的分子裂解成小分子，然后把它們加工制造成各種產品，例如塑料、合成纖維、醫藥、洗滌劑等。（2）天然氣［過渡］剛才我們學習了煤和石油的綜合利用，接下來我們學習天然氣的有關知識。［視頻播放］天然氣的開采及燃燒利用。［講解］天然氣主要是由碳和氫組成的氣態碳氫化合物，其中最主要的是甲烷。［思考］①觀察甲烷是什么顏色？什么狀態？②甲烷在水中的溶解性如何？③甲烷的密度和空氣比較起來怎么樣呢？［回答］①甲烷是無色氣體。②甲烷極難溶于水。③甲烷的密度比空氣的小。［設問］根據甲烷的這些性質，我們可以用哪些方法收集甲烷氣體？［回答］可以用排水法收集，也可以用向下排空氣法收集。［總結］甲烷的物理性質：無色、無味的氣體，密度比空氣小，極難溶于水。［活動探究］請同學們注意按照課本P139［實驗7—4］進行活動探究，做一做甲烷的燃燒實驗（強調點燃前先驗純！）。探究內容如下并思考：①在實驗結束后，燒杯上出現了什么現象？②迅速把燒杯倒轉過來，向燒杯內注入澄清石灰水后，振蕩，又出現了什么現象？③在實驗開始時，點燃前為什么要先檢驗甲烷的純度？④在實驗中燒杯的條件“冷而干燥”是實驗成敗的關鍵嗎？為什么？⑤這個實驗說明甲烷含有哪些元素？⑥你能寫出這個實驗中涉及到的化學方程式嗎？［學生活動，教師巡視］巡視時及時糾正學生的錯誤操作，學生思考討論后與教師一起總結歸納。［結論］①甲烷燃燒時火焰明亮并呈藍色，可以看到，燒杯內壁上有水滴生成。［設問］有水滴生成，說明了什么問題呢？
備課筆記
知識拓展：
液化石油氣是一些城鎮家庭使用的一種燃料。是石油化工的一種產品，其主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等。液化石油氣是經加壓后壓縮到鋼瓶中的。
特別提醒：
天然氣的主要成分是甲烷，甲烷是一種無色、無味、極難溶于水的氣體，具有可燃性，與空氣的混合物遇火可能會發生爆炸，因此在點燃甲烷前，應檢驗其純度。
進行新課 ［回答］說明甲烷的成分里一定含有氫元素。［結論］②向燒杯內注入澄清石灰水后，發現燒杯內澄清的石灰水變渾濁。［設問］這一現象又說明了什么問題呢？［回答］這說明甲烷燃燒時有二氧化碳生成，也就是說明了甲烷的成分里一定含有碳元素。［結論］③點燃甲烷和氧氣或甲烷和空氣的混合物都很可能會發生爆炸，所以要先驗純。［延伸］煤礦的礦坑里經常有甲烷逸出，由此，同學們想到了什么呢？［回答］煤礦里必須采取通風設施;煤礦里一定要嚴禁明火。［結論］④“冷而干燥”是這個實驗成敗的關鍵。“冷”有利于水汽的凝集，“干燥”可以判斷是否有水滴生成。［結論］⑤這個實驗說明甲烷中含有碳元素和氫元素。［結論］⑥甲烷是由碳、氫元素組成的化合物，化學式是CH4。它燃燒時生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱。甲烷的燃燒：［設問］你們知道還有哪些地方存在甲烷氣體嗎？［介紹］在池沼的底部常常含有甲烷，通常也稱池沼中的氣體為沼氣。在我國農村，利用沼氣可解決生活使用的燃料問題。［視頻播放］沼氣的制取和利用。［講解］在我國農村利用沼氣，不僅可以解決生活使用的燃料問題，還能綜合治理環境衛生問題。（3）合理利用與開發化石能源［過渡］人們目前所消耗的能量主要來自化石燃料。然而，化石燃料要經過數百萬年才能形成。但人類目前掠奪式的開發，會給我們的子孫后代造成什么樣的影響呢？［討論］估算大約多少年后我國的石油、天然氣和煤將被耗盡？填表(教材P141頁“討論”)，并談談你對化石燃料的使用與開發的看法。［小結］不算不知道，一算嚇一跳。化石燃料用不了多久就耗完了。因此，我們一方面要合理開采、節約使用化石燃料，另一方面還要研究和開發新能源。［介紹］目前，人類通過化學反應獲得的能量，大多來自于化石燃料，而化石燃料資源是有限的。那么，同學們認為怎樣利用能源才可以使它的使用期限得以延長呢？［學生討論，回答］［小結］如果我們能提高煤等燃料的利用率，就相當于延長煤的使用期限。要使燃料充分燃燒通常考慮兩點：一是要有足夠的空氣；二是要使燃料與空氣有足夠大的接觸面。燃料充分燃燒的意義：燃料燃燒若不充分，不僅使燃料燃燒產生的熱量減少，浪費資源，同時還會產生大量的CO等物質，污染空氣。［設問］在實際生活中我們是怎樣來克服這些困難的呢？我們來看課件。［課件展示］
備課筆記
知識拓展：
沼氣的主要成分也是CH4，秸稈、雜草，人畜糞便等廢棄物放在密閉的沼氣池中發酵，就可以產生甲烷，屬于可再生能源。農村生產沼氣的優點：a.解決農村的燃料問題；b.改善農村的環境衛生；c.提高肥料的質量。
要點提示：
燃料充分燃燒可使有限的能源發揮最大的作用，降低環境污染的程度。
課堂小結 因為在許多情況下，不能直接燃燒固態煤，如汽車或拖拉機等；或者雖然能夠直接燃燒，但效率很低，如蒸汽機車熱利用率只有8％，一般民用煤爐只有20％左右。所以在石油、天然氣不足的情況下，不得不考慮如何把煤加工成為氣態的、液態的或固態的高級清潔燃料的問題，以提高煤的熱量的利用和減輕環境污染。煤在加工過程中，本身的潛在能量會受到一些損失。但由于加工成的氣態或液態燃料的熱利用率高，因此在一些情況下，煤經過汽化或液化而取得的熱效益高于直接燃煤。現在還有相當大的一部分鍋爐直接燃燒煤。對低硫煤可以采用粉煤鍋爐，但需加煙道脫硫裝置。對高硫煤，要用沸騰床燃燒系統，摻石灰實行爐內脫硫和降低氧化氮的生成。以上方法都是為了減輕污染、保護環境。［過渡］就在人們擔心化石燃料將被耗盡時，科學家發現海底蘊藏著大量可燃燒的“冰”——可燃冰，其主要成分為甲烷水合物。［視頻播放］可燃冰
教學板書 課題2燃料的合理利用與開發第1課時化學反應中的能量變化和化石燃料的利用
課堂小結 這節課，我們認識了當今世界的三大化石燃料，通過分組設計實驗，親身感受到化學反應中能量的變化，并且學習討論了燃料充分燃燒的現實意義，切身體驗到節能的重要性。
教材習題解答 練習與應用（P147~148）1.選擇題（2）下列氣體與空氣混合后遇明火，可能發生爆炸的是（C）。A.氧氣 B.氮氣 C.甲烷 D.二氧化碳（3）從環境保護的角度考慮，下列燃料中最理想的是（A）。A.氫氣 B.天然氣 C.酒精 D.汽油（6）下列敘述中正確的是（C）。A.化學反應過程中都會發生放熱現象B.在化學反應中只有燃燒反應才能放出熱量C.化學反應伴隨著能量變化D.人類利用的能量都是通過化學反應獲得的4.甲烷和乙醇的燃燒產物都是二氧化碳和水，是否可以由此證明甲烷和乙醇都是由碳元素和氫元素組成的碳氫化合物，為什么？解：甲烷和乙醇燃燒都生成二氧化碳，這說明甲烷和乙醇的成分里一定含有碳元素，燃燒后都生成水，說明甲烷和乙醇的成分里一定含有氫元素，但是燃燒
備課筆記
知識拓展：
開采可燃冰目前在技術上存在著困難，如果在開采中甲烷氣體大量泄漏于大氣中，將比二氧化碳造成的溫室效應還要嚴重。但可燃冰將來可能會成為代替化石燃料的新能源。
教材習題解答 產物中的氧元素可能部分來源于甲烷和乙醇，所以不可以由兩者燃燒的產物證明甲烷和乙醇都是由碳元素和氫元素組成的碳氫化合物。7.有3瓶無色、無氣味的氣體A、B、C，它們分別是甲烷、氫氣、一氧化碳中的一種。點燃每種氣體，用干燥的冷燒杯罩在火焰上方，在B、C火焰上方的燒杯壁上有水滴出現，而A火焰上方的燒杯壁上沒有水滴。燃燒后分別向燒杯中注入澄清石灰水，振蕩，A、B燒杯內的石灰水變渾濁，C燒杯內沒有變化。試推斷A、B、C分別是什么氣體，寫出有關反應的化學方程式。9.有位化學教師取用生石灰時，發現裝滿生石灰的塑料試劑瓶已經膨脹破裂。你能解釋這是為什么嗎？如果用其中的生石灰做與水反應的實驗，會感覺到明顯的放熱現象嗎？解：生石灰受潮發生反應放出大量的熱，使塑料試劑瓶內壓強增大，使試劑瓶膨脹破裂，如果用其中的生石灰做與水反應的實驗，因生石灰已變質，所以不會感覺到明顯的放熱現象。
難題解答 例1下列關于化石燃料及其產品的敘述中，正確的是( )A.天然氣是可再生能源 B.通常石油直接用做燃料來使用C.煤氣和液化石油氣的組成相同 D.汽油既是燃料，又是良好的溶劑【解析】煤、石油、天然氣都是不可再生能源；石油通常不能直接用作燃料，石油經過加工后可以得到汽油、柴油、液化石油氣等；煤氣是煤隔絕空氣加強熱得到的，成分主要是CO、CH4、H2等，液化石油氣的成分主要是丙烷和丁烷，它是石油化工的一種產品，兩者的組成不同；汽油是汽車常用的燃料，也能溶解油污等物質，是良好的溶劑。【答案】D例2在工業上，下列增大燃料利用率的措施中，與燃料的充分燃燒無關的是( )A.把煤磨成粉狀進行燃燒 B.把柴油噴成霧狀進行燃燒C.給鍋爐鼓風，增加空氣供給量 D.給鍋爐外殼裝隔熱層，減少熱量散失【解析】把煤磨成粉狀、把柴油噴成霧狀都是增大可燃物與空氣的接觸面積，使燃料燃燒得更充分；因為可燃物充分燃燒需要充足的氧氣，所以給鍋爐鼓風，增加空氣供給量可以使煤燃燒得更充分。而“給鍋爐外殼裝隔熱層，減少熱量散失”是為了提高燃料的利用率，與燃料的充分燃燒是沒有關系的。【答案】D
布置作業：完成本課時對應練習，并提醒學生預習下一節的內容。
備課筆記
特別提醒：
燃料燃燒時，空氣或氧氣的通入量要適當，因為過量的空氣或氧氣會帶走部分熱量，造成浪費。
教學反思 本課題在內容的安排上注意從學生的親身體驗出發，選擇學生熟悉和生活中常見的知識和現象，并配合視頻和圖像，增強學生對知識的感受；同時，注意通過活動與探究、調查研究、討論和實驗等形式，培養學生的創新精神和實踐能力。教材中還適當編入與社會發展、新科技等相關的資料，以開闊學生的眼界，體現科學、技術、社會與環境教育的思想。其特點是傳授少，活動多；文字少，圖片多。課前讓學生利用其具備的網絡知識和課余時間，進行課前預習，分組收集有關的資料，實現資源的共享，完成學習目標。本課題與生產生活關系密切，內容通俗易懂，知識難度不大，因此主要采用了以學生自學為主、教師講解為輔的教學方式.在教學過程中應突出培養學生閱讀并提取有效信息的能力，以及在閱讀過程中進行歸納、比較、分析的能力。教師適當的啟發、補充和總結，并通過多媒體課件的展示，擴展了學生的知識面，增加學生學習的興趣并進一步鞏固了所學的知識。
教學過程中老師的疑問：
教師點評和總結：
備課筆記
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