02（九上）课题2 化石能源的合理利用（导学案）（解析版）（导学案5）

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课题2化石能源的合理利用
一、学习目标
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。
二、学习重难点
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。
三、学习过程
【课前任务】
1.知识回顾：酒精在燃烧的过程中发生了什么变化呢？
物质变化：
能量变化：
【答案】C2H5OH+3O22CO2+3H2O；放出大量的热量。
2.调查家中所用燃料的种类，并分析此类燃料的优缺点。
【答案】如天然气，是一种较清洁的能源，燃烧热值高，经济实惠，但天然气在空气中含量达到一定程度后会使人窒息，且会因发生爆炸而造成伤亡。
【课堂探究】
环节1化石能源的利用
任务一：阅读教材P169-170，说一说煤和石油的形成过程、元素组成和综合利用。
【答案】化石能源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。
（1）煤是一种复杂的混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。将煤隔绝空气将强热，可发生化学变化，得到焦炭、煤焦油、煤气等物质。

• （2）石油是一种黏稠油状液体，主要含碳、氢元素，将石油加热并使用催化剂炼制，再利用
  

• 各成分的沸点不同进行分离，可分离出汽油、柴油、煤油、润滑油、石蜡、沥青等，是一种重要的化工原料。
  

任务二：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），如何设计实验验证甲烷的元素组成？
【答案】为了验证甲烷由碳和氢元素组成，可以进行一个简单的燃烧实验。首先，将甲烷气体点燃，使其在空气中充分燃烧。为了验证氢元素的存在，把一个干燥且冷的烧杯放在火焰上方，观察到由于水蒸气冷凝而在烧杯内壁形成的水滴，以确认氢元素的存在。接下来，为了验证碳元素的存在，可以将燃烧后的气体通入澄清的石灰水中，观察石灰水是否变浑浊，用以确认燃烧产生了二氧化碳。这两个现象共同验证了甲烷由碳和氢元素组成。
任务三：观看甲烷燃烧及其产物的检验实验视频，观察并记录实验现象，写出相关化学方程式，分析甲烷的性质及元素组成。

	实验现象	化学方程式
（1）
（2）
分析

【答案】烧杯内壁有无色液滴产生；CH4+2O2<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>CO2 + 2H2O；澄清石灰水变浑浊；CO2 + Ca(OH)2 =CaCO3↓ + H2O；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。
任务四：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。



【答案】
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+2O2<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>CO2 + 2H2O
环节2降低化石能源的利用对环境的影响
任务五：请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。
【答案】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，一氧化碳是有害气体会污染空气，二氧化碳是温室气体，导致温室效应；化石燃料中还含有氢元素，燃烧生成水；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，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，二氧化硫和氮的氧化物等污染物，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；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，导致雾霾。
任务六：阅读教材P174，说一说有哪些降低化石能源的利用对环境影响的措施？
【答案】1.大力推广使用脱硫煤，改进脱硫设备；
2.天然气代替煤；
3.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；
4.开发和利用新的清洁燃料及能源。
任务七：分析氢气是一种理想的清洁、高能燃料的原因。
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。
任务八：阅读教材P175，总结实验室制取氢气的原理和实验装置，并分析原因。
【答案】原理：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。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。
任务九：列举其他的新能源，试着分析如何早日实现“碳达峰”和“碳中和”。
【答案】其他新能源：太阳能、风能、核能、地热能、水能和生物质能等；改变能源结构，多使用清洁燃料等。

• 【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
【课后任务】

• 总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。
  

四、课堂练习
1. 下列说法正确的是（    ）
A.石油是一种混合物             B.可燃冰是可再生能源
C.煤燃烧时只生成二氧化碳       D.“西气东输”的“气”是指氢气
【答案】A
【解析】A、石油是混合物，A正确；
B、可燃冰是天然气水合物，是不可再生的，B错误；
C、煤不充分燃烧会生成 CO，C错误；
D、西气东输是运输的天然气，D错误；故选A。
2.石油古称“水”，《汉书》中“高奴县洧水可燃”、《梦溪笔谈》中“予知其烟可用，试扫其烟为墨，黑光如漆”，下列关于“洧水”的说法错误的是（    ）            
A. 具有可燃性            B. 是一种黏稠状液体         
C. 是可再生能源          D. “其烟”的主要成分为炭黑
【答案】 C   
【解析】A、石油能燃烧，具有可燃性，不符合题意；
B、石油是一种黏稠的液体，不符合题意；
C、石油属于化石燃料，是不可再生能源，符合题意；
D、“烟”是石油不完全燃烧生成的炭黑，不符合题意。
故选C。
3. 下列不属于新能源的是（   ）
A.核能        B.风能           C.地热能          D.煤
【答案】 D
【解析】A.核能属于新能源，故选项错误；
B、风能是清洁、无污染的新能源，故选项错误；
C.地热能是清洁、无污染的新能源，故选项错误；
D.煤属于化石燃料；不属于新能源，故选项正确。
故选D。
4.我国政府工作报告中提出“做好碳中和工作”，碳中和是指通过植树造林、节能减排等措施，抵消因人类活动产生的二氧化碳等温室气体排放量，达到相对“零排放”。下列行为不利于实现碳中和的是（   ）
A.利用风能实现清洁发电
B.使用新技术提高传统能源的利用效率
C.大量使用一次性餐具
D.鼓励使用新能源汽车
【答案】 C   
【解析】A、风能为清洁能源，使用风能不产生污染性物质，有利于实现碳中和，不符合题意；
B、使用新技术提高传统能源的利用效率，能减少污染，提高利用率，不符合题意；
C、大量使用一次性餐具，浪费资源，且污染环境，不利于实现碳中和，符合题意；
D、使用新能源汽车，能减少污染，有利于实现碳中和，不符合题意。
故选C。
5.实验室用如图所示装置可制取氢气并测量生成氢气的体积，下列有关说法正确的是（    ）  


A.该装置还可用于实验室制取氧气B.仪器a的名称为长颈漏斗C.烧瓶中的物质一定是锌和稀硫酸D.该收集气体的方法是向下排空气法
【答案】 A   
【解析】A、过氧化氢在二氧化锰催化下制取氧气，可以选用图示装置制取氧气，符合题意；
B、仪器a的名称为分液漏斗，不符合题意；
C、图示为制取氢气，则C中物质为活泼金属和强酸，不一定是锌和稀硫酸，不符合题意；
D、该收集气体的方法是排水法，不符合题意。
故选A。
6.目前人类生活、生产需要的大部分能量来自于化石燃料的使用。大连市家用燃料经历了“煤→液化石油气→煤气→天然气”的变化过程。结合下表提供的信息，完成相关问题。  

燃料	主要成分	热值(约)	爆炸极限
煤	C	2.9×107J/kg
液化石油气	C3H4、C4H10	4.6×107J/kg	1.5%～9.5%
煤气	H2、CO	1.9×107J/m3	6.9%～69.5%
天然气	CH4	4.5×107J/m3	4.8%～13.5%

（1）煤作为家用燃料时，常将煤饼制成蜂窝状使用(如图所示)，可提高其利用率。说明其中的原理。  


（2）相同质量的煤气和液化石油气均完全燃烧，煤气产生的二氧化碳更少。解释原因。   
（3）与煤气相比，以天然气为家用燃料除了可以避免中毒外，还具有哪些优点？(写两条)   
【答案】 （1）将煤饼制成蜂窝状，增大了与氧气的接触面积，燃烧时会更充分，放出更多的热量（2）根据煤气和液化石油气的主要成分计算可知，相同质量的煤气的含碳量比液化石油气少，因此充分燃烧后，煤气生成的二氧化碳的量比液化石油气更少（3）燃烧产生的热量高；更加安全   
【解析】（1）增大与氧气接触面积，增大氧气浓度，可以促进燃烧，将煤饼制成蜂窝状，增大了与氧气的接触面积，燃烧时会更充分，放出更多的热量，故填：将煤饼制成蜂窝状，增大了与氧气的接触面积，燃烧时会更充分，放出更多的热量。