9.2 能源的综合利用（教学设计）化学新教材沪教版九年级下册

910第2节能源的综合利用一、知识目标1.认识常见能源的分类（可再生/不可再生），了解化石燃料、太阳能、氢能等能源的基本特点。2.能分析甲烷燃烧、化学电池实验的现象，说出能源综合利用的简单途径。3.了解煤、石油的形成、成分及加工方法，掌握甲烷燃烧的化学方程式。4.知道乙醇、氢气的性质、制取及应用，了解化学电池的类型和工作原理。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同能源的特点和用途，从微观上理解能源转化过程中的化学反应原理。2.科学态度与社会责任：树立节约能源的意识，初步形成合理利用绿色能源的观念，认识化学在解决能源问题中的重要作用。3.科学探究与创新意识：通过实验探究甲烷燃烧、化学能转化为电能等过程，培养学生的观察能力和分析问题的能力。一、教学重点常见能源的分类、化石燃料的合理使用、清洁能源的开发利用、化学电池的工作原理。二、教学难点能源综合利用的途径、化学能与电能的转化、氢气的制取和应用。本节教学内容源自沪教版2024年版九年级化学下册第九章第二节《能源的综合利用》。能源是人类社会发展的重要物质基础，能源问题是当今世界共同关注的热点问题，该部分内容在整个化学学科体系及社会发展中有着重要地位。\n教材围绕能源主题，从化石燃料的合理使用、清洁能源的开发利用以及化学电池的广泛应用三个方面展开，引导学生全面认识能源。首先介绍化石燃料煤、石油、天然气的形成、成分及综合利用，如煤的干馏、石油的分馏等，让学生了解传统能源的利用方式和特点；接着引入太阳能、生物质能、氢能等清洁能源，阐述其优点和开发利用途径，培养学生的环保意识和可持续发展观念；最后介绍化学电池，包括干电池、蓄电池、锂离子电池等，让学生了解化学能与电能的转化，体会化学在能源领域的重要应用。教材通过实验、案例分析等方式，让学生在学习知识的同时，提高观察、分析和解决问题的能力，促进化学学科核心素养的发展。教学对象为九年级学生，他们已具备一定的化学基础知识，如常见物质的性质、化学反应等，对能源也有了初步的感性认识，但缺乏系统的了解和深入的思考。在思维方面，学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，对直观、生动的实验和实例感兴趣，具备一定的分析和解决问题的能力，但在综合运用知识和科学思维方法方面还有待提高。在生活经验方面，学生在日常生活中接触到了各种能源，如天然气、汽油、电能等，但对能源的分类、来源和利用方式并不清楚。在学习过程中，学生可能会对化石燃料的形成和综合利用、清洁能源的开发等抽象概念理解困难，对化学电池中能量转化的微观原理难以把握。因此，在教学过程中，教师应结合学生的实际生活，通过实验、图片、视频等多种形式，将抽象的知识形象化、具体化，激发学生的学习兴趣。同时，引导学生积极思考、主动探究，培养学生的科学思维和创新能力，帮助学生逐步树立节约能源、合理利用绿色能源的观念。教学环节一新课导入【展示图片】图展示的几种类型的能源中，可再生能源有哪些？不可再生能源有哪些？你还知道的可再生能源有哪些？【提出问题】大家想一想，我们的生活和生产都离不开能源，那么我们常见的能源有哪些呢？它们又可以分为哪几类呢？（给学生一些思考和发言时间，鼓励学生积极分享自己的认知，如可能会提到煤炭、石油、天然气、太阳能、风能等能源）【引入能源危机与环保问题】大家说得都很对。然而，目前我们使用的主要能源，像煤炭、石油和天然气等化石燃料，它们是不可再生能源，储量有限，而且在使用过程中会对环境造成严重的污染，比如产生温室气体导致全球气候变暖，形成酸雨危害生态环境等。科学家们一直在努力寻找新的清洁能源，以解决能源危机和环境问题。那么，这些清洁能源有哪些呢？它们又有什么特点和优势呢？带着这些问题，让我们一起走进今天的学习—能源的综合利用【设计意图】1.激发学生兴趣：通过播放与生活息息相关的视频，让学生直观地感受到能源在生活和生产中的重要性，从而迅速吸引学生的注意力，激发他们对能源相关知识的学习兴趣，使学生主动参与到课堂中来。2.联系实际问题：提出能源分类的问题，引导学生思考常见能源的类型，培养学生的观察和思考能力。同时，引入能源危机和环保问题，让学生认识到能源问题的严峻性，增强学生的社会责任感和环保意识。3.引发思考，导入新课：从化石燃料的弊端引出寻找清洁能源的话题，自然地过渡到本节课的主题——能源的综合利用，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。教学环节二认识常见能源的分类活动一能源分类的引入与探讨【引入】同学们，在我们的日常生活中，能源无处不在，像电灯发光需要电能，汽车行驶需要汽油等燃料提供能量。现在老师展示了几种类型的能源图片，大家观察一下，思考这些能源中，哪些是可再生能源，哪些是不可再生能源呢？除此之外，你还知道哪些可再生能源呢？【问题】可再生能源和不可再生能源的区别是什么呢？【学生思考】部分学生回答太阳能、风能、地热能是可再生能源，因为这些能源可从自然界源源不断获取；核能、化石燃料是不可再生能源；还有同学补充水能、生物质能、潮汐能等也是可再生能源。思考并回答可再生能源是可以在自然界里源源不断地得到的能源，不可再生能源是一旦消耗就很难再生的能源。【讲解】评价、总结学生的回答，强调可再生能源和不可再生能源的定义和特点，加深学生的理解。【设计意图】通过生活中常见的能源现象引入，激发学生的学习兴趣，让学生主动思考能源的分类，培养学生的观察和分析能力。【对应训练1】下列属于可再生能源的是（）煤B.石油C.天然气D.太阳能【答案】D【解析】煤、石油、天然气都属于化石燃料，是不可再生能源；太阳能可从自然界源源不断获取，属于可再生能源，所以选D。【对应训练2】下列关于能源分类的说法正确的是（）水能是不可再生能源核能是可再生能源生物质能是可再生能源化石燃料是可再生能源【答案】C【解析】水能可以在自然界里源源不断地得到，是可再生能源，A错误；核能所利用的核燃料在地球上的储量是有限的，属于不可再生能源，B错误；生物质能是太阳能经过光合作用以有机物质的形式固定下来的能源，是可再生能源，C正确；化石燃料一旦消耗就很难再生，是不可再生能源，D错误。教学环节二化石燃料的合理使用活动一煤的形成与深加工【引入】同学们，我们都知道煤是一种重要的能源，那大家知道煤是怎么形成的吗？它又有哪些用途呢？【问题】煤的主要成分有哪些？将煤隔绝空气加强热会得到哪些产物？这些产物有什么用途呢？【学生思考】阅读教材相关内容后回答，煤是复杂的混合物，主要含有碳元素，此外还含有氢、氧、氮、硫等元素。回答把煤隔绝空气加强热，可以分解得到焦炭、煤焦油和焦炉煤气等；焦炭是冶金工业的重要原料；煤焦油中含有多种有机化合物，是化工生产的重要原料；焦炉煤气则是重要的燃料。【讲解】评价学生的回答，详细讲解煤的深加工过程，强调煤通过液化、气化等加工方法进行综合利用的好处，如减少污染和提高燃烧效率等。【设计意图】通过问题引导学生自主学习煤的相关知识，培养学生的阅读和归纳能力，让学生了解煤的综合利用，增强环保意识。【对应训练1】下列关于煤的说法正确的是（）煤是纯净物煤中只含有碳元素煤隔绝空气加强热会得到焦炭、煤焦油和焦炉煤气等煤直接燃烧不会产生污染【答案】C【解析】煤是复杂的混合物，A错误；煤主要含有碳元素，还含有氢、氧、氮、硫等元素，B错误；煤隔绝空气加强热会发生分解反应，得到焦炭、煤焦油和焦炉煤气等，C正确；煤中含有硫等元素，直接燃烧会产生二氧化硫等污染物，D错误。【对应训练2】煤的综合利用措施中，能提高燃烧效率的是（）干馏B.气化C.直接燃烧D.以上都不是【答案】B【解析】煤的干馏是将煤隔绝空气加强热，得到多种产物，主要目的不是提高燃烧效率，A错误；煤的气化是将煤转化为可燃性气体，能使燃料充分燃烧，提高燃烧效率，B正确；煤直接燃烧，由于燃烧不充分，会降低燃烧效率，C错误。活动二石油的形成与分馏【引入】石油被称为“工业的血液”，它在我们的生活中有着广泛的应用。那石油是怎么形成的呢？它又是如何被加工利用的呢？【问题】石油的主要成分是什么？石油分馏的原理是什么？分馏可以得到哪些产物？【学生思考】回答从地下开采出来的石油叫作原油，主要含有碳和氢两种元素。思考并回答石油分馏是利用各成分的沸点不同进行分离的，可得到汽油、煤油和柴油等产物。【讲解】评价学生的回答，详细讲解石油分馏的过程和原理，展示石油分馏的示意图，让学生更直观地理解。强调不同的燃油有不同的沸点和着火点，是生产和交通运输中的常用燃料。【设计意图】通过问题引导学生学习石油的相关知识，培养学生的逻辑思维能力，利用示意图帮助学生理解抽象的石油分馏过程。【对应训练1】石油分馏得到的产物中，沸点最低的是（）汽油B.煤油C.柴油D.石油气【答案】D【解析】石油分馏是根据各成分沸点不同进行分离的，沸点低的先分离出来。石油气的沸点最低，最先分离出来，所以选D。【对应训练2】下列关于石油的说法正确的是（）石油是一种纯净物石油分馏得到的产物都是纯净物石油是一种重要的化工原料石油直接燃烧不会对环境造成污染【答案】C【解析】石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，A错误；石油分馏得到的汽油、煤油、柴油等都是由含碳原子数不等的碳氢化合物组成的混合物，B错误；石油是一种重要的化工原料，可以通过分馏、炼制等加工过程得到多种燃料和化工原料，C正确；石油中含有硫等元素，直接燃烧会产生二氧化硫等污染物，对环境造成污染，D错误。活动三甲烷的燃烧实验【引入】天然气是一种重要的化石燃料，它的主要成分是甲烷。下面我们通过实验来探究甲烷的燃烧情况。【问题】在甲烷燃烧的实验中，我们会观察到哪些现象？这些现象能说明什么问题？甲烷燃烧的产物是什么？【学生思考】学生分组进行实验，观察并记录实验现象：点燃甲烷产生蓝色火焰；将干冷的小烧杯罩在甲烷燃烧的火焰上，烧杯内壁出现水珠；向罩过甲烷燃烧火焰的小烧杯中注入澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊。思考并回答根据实验现象可知，甲烷具有可燃性，烧杯内壁出现水珠说明甲烷中含有氢元素，澄清石灰水变浑浊说明甲烷中含有碳元素，甲烷燃烧生成了二氧化碳和水，化学方程式为CH4+2O2点燃CO2+2H2O。【讲解】评价学生的实验操作和结论，强调点燃甲烷前须先验纯，防止发生爆炸。详细解释实验现象产生的原因，加深学生对甲烷燃烧本质的理解。【设计意图】通过实验让学生直观地感受甲烷的燃烧现象，培养学生的实验操作能力和观察分析能力，让学生从实验中得出结论，理解甲烷的组成和性质。【对应训练1】下列关于甲烷的说法正确的是（）甲烷是一种无色无味的气体，难溶于水甲烷燃烧时火焰呈黄色甲烷燃烧的产物只有二氧化碳甲烷是一种可再生能源【答案】A【解析】甲烷是一种无色无味的气体，难溶于水，A正确；甲烷燃烧时火焰呈蓝色，B错误；甲烷燃烧生成二氧化碳和水，C错误；甲烷是天然气的主要成分，天然气属于化石燃料，是不可再生能源，D错误。【对应训练2】在甲烷燃烧的实验中，如果没有先验纯就点燃，可能会发生的危险是（）火焰熄灭B.爆炸C.产生有毒气体D.实验现象不明显【答案】B【解析】甲烷是可燃性气体，与空气混合达到一定比例时，遇明火可能会发生爆炸。所以点燃甲烷前须先验纯，防止发生爆炸，选B。活动四可燃冰的特点【引入】除了煤、石油、天然气这些常见的化石燃料，还有一种被称为“未来能源”的可燃冰。大家对可燃冰了解多少呢？【问题】可燃冰的形成条件是什么？它有哪些优点和缺点？【学生思考】阅读教材后回答，可燃冰分布于深海沉积物中，是在高压和低温条件下形成的，主要成分是甲烷水合物。回答可燃冰的优点是储量巨大、热值高等；缺点是开采技术不成熟。【讲解】评价学生的回答，进一步介绍可燃冰的研究和开发现状，强调开发可燃冰的重要意义和面临的挑战。【设计意图】让学生了解新型化石燃料可燃冰，拓宽学生的知识面，培养学生的科学探索精神。【对应训练1】下列关于可燃冰的说法错误的是（）可燃冰是一种清洁能源可燃冰的主要成分是甲烷可燃冰是可再生能源可燃冰的开采技术还不成熟【答案】C【解析】可燃冰燃烧主要生成二氧化碳和水，对环境污染小，是一种清洁能源，A正确；可燃冰的主要成分是甲烷水合物，主要成分是甲烷，B正确；可燃冰属于化石燃料，是不可再生能源，C错误；目前可燃冰的开采技术还不成熟，面临着许多难题，D正确。【对应训练2】开发可燃冰的意义不包括（）缓解能源紧张B.减少对环境的污染C.降低能源成本D.促进深海生态系统的发展【答案】D【解析】可燃冰储量巨大，开发可燃冰可以缓解能源紧张，A不符合题意；可燃冰是清洁能源，开发利用可以减少对环境的污染，B不符合题意；可燃冰热值高，开发利用可能会降低能源成本，C不符合题意；目前可燃冰的开采技术可能会对深海生态系统造成一定的破坏，而不是促进其发展，D符合题意。教学环节三清洁能源的开发利用活动一太阳能的利用【引入】太阳是一个巨大的能源宝库，它辐射到地球的能量非常巨大。大家想一想，我们在日常生活中是如何利用太阳能的呢？【问题】太阳能有哪些优点？请你提出可能的太阳能利用途径，并与同学讨论交流。【学生思考】回答太阳能的优点有清洁、可再生、能量巨大等。分组讨论并交流可能的太阳能利用途径，如太阳能热水器、太阳能发电、太阳能路灯等。【讲解】评价学生的讨论结果，展示更多太阳能利用的实例和图片，介绍太阳能在不同领域的应用和发展前景。【设计意图】引导学生关注太阳能的利用，培养学生的创新思维和交流合作能力，让学生了解太阳能的重要性和应用价值。【对应训练1】下列利用太阳能的方式中，不属于直接利用太阳能的是（）太阳能热水器B.太阳能电池C.绿色植物的光合作用D.燃烧煤炭获取热量【答案】D【解析】太阳能热水器是直接将太阳能转化为热能，A不符合题意；太阳能电池是直接将太阳能转化为电能，B不符合题意；绿色植物的光合作用是直接将太阳能转化为化学能，C不符合题意；燃烧煤炭获取热量是利用煤炭中的化学能，煤炭是化石燃料，不是直接利用太阳能，D符合题意。【对应训练2】太阳能是一种清洁能源，下列关于太阳能的说法正确的是（）太阳能的能量密度低，不适合大规模利用太阳能的利用不受天气影响C.太阳能是可再生能源，取之不尽，用之不竭D.目前太阳能的利用技术已经非常成熟【答案】C【解析】太阳能的能量巨大，随着技术的发展，可以大规模利用，A错误；太阳能的利用受天气影响较大，如阴天、夜晚等，B错误；太阳能是可再生能源，只要太阳存在，就可以源源不断地获取，取之不尽，用之不竭，C正确；目前太阳能的利用技术还在不断发展和完善中，还存在一些问题，如能量转化效率不高等，D错误。活动二生物质能——乙醇的性质与应用【引入】生物质能是太阳能经过光合作用以有机物质的形式固定下来的能源。乙醇是一种常见的生物质能，大家在生活中可能听说过酒精，它的化学名称就是乙醇。下面我们来了解一下乙醇的性质和应用。【问题】乙醇的物理性质有哪些？乙醇燃烧的现象和产物是什么？乙醇汽油有哪些优点？【学生思考】阅读教材并观察乙醇样品后回答，乙醇是无色透明、具有特殊香味的液体，易挥发，能与水以任意比例互溶。回答乙醇燃烧产生淡蓝色火焰，同时放出大量的热，燃烧产物是二氧化碳和水，化学方程式为C2H5OH+3O2​点燃2CO2+3H2O。回答乙醇汽油的优点是抗爆性能好，能有效降低汽车尾气中有害物质的排放，原料来源广泛，具有可再生性。【讲解】评价学生的回答，强调乙醇作为一种清洁能源的重要意义，介绍乙醇的生产过程和乙醇汽油的推广应用情况。【设计意图】让学生了解生物质能的一种典型代表——乙醇，培养学生的自主学习能力，让学生认识到清洁能源在实际生活中的应用。【对应训练1】下列关于乙醇的说法正确的是（）乙醇是一种无机物B.乙醇不能燃烧C.乙醇可以用粮食发酵制取D.乙醇与水不能互溶【答案】C【解析】乙醇的化学式为C2【对应训练2】使用乙醇汽油的好处不包括（）降低汽车尾气污染B.提高汽油的燃烧效率C.减少石油的消耗D.增加汽车的动力【答案】D【解析】乙醇汽油能有效降低汽车尾气中有害物质的排放，降低汽车尾气污染，A不符合题意；乙醇汽油的抗爆性能好，能提高汽油的燃烧效率，B不符合题意；乙醇是可再生能源，使用乙醇汽油可以减少对石油的消耗，C不符合题意；乙醇汽油和普通汽油相比，并不会明显增加汽车的动力，D符合题意。活动三氢能的特点与制取【引入】氢能被认为是理想的“绿色能源”。大家想一想，为什么氢能会有这样的美誉呢？【问题】氢能有哪些优点？实验室常用什么方法制取氢气？氢气的收集方法有哪些？【学生思考】回答氢能的优点有燃烧热值高、产物为H2OH2​回答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+思考并回答由于氢气难溶于水，可用排水法收集；氢气的密度比空气小，可用向下排空气法收集。【讲解】评价学生的回答，详细讲解氢气的制取原理和收集方法，强调实验操作的注意事项，展示氢气制取和收集的实验装置图。介绍利用太阳能获得氢气的优点。【设计意图】让学生了解氢能的优点和制取方法，培养学生的化学实验知识和环保意识，让学生认识到新型清洁能源的发展潜力。【对应训练1】下列关于氢气的说法正确的是（）氢气是一种有刺激性气味的气体氢气在空气中燃烧的火焰是黄色的氢气是一种不可再生能源氢气是一种理想的高能燃料【答案】D【解析】氢气是一种无色无味的气体，A错误；氢气在空气中燃烧的火焰是淡蓝色的，B错误；氢气可以通过水的分解等方法制取，原料来源广泛，是可再生能源，C错误；氢气燃烧热值高，产物为水无污染，是一种理想的高能燃料，D正确。【对应训练2】实验室制取氢气时，下列仪器中不需要用到的是（）试管B.长颈漏斗C.酒精灯D.集气瓶【答案】C【解析】实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气，属于固液常温型反应，不需要加热，所以不需要用到酒精灯。反应在试管中进行，为了方便添加稀硫酸，可以使用长颈漏斗；氢气需要用集气瓶收集。所以选C。教学环节四化学电池的广泛应用【引入】生活中我们离不开各种“电力小助手”：遥控器里的小电池、手机里的充电电池、汽车里的启动电池……这些都属于化学电池。它们能直接为设备提供电能，背后的能量转化原理是什么？又在哪些领域发挥着作用呢？今天我们一起探究化学电池的应用与特点。【问题】化学电池的能量转化形式是什么？生活中常见的化学电池有哪些类型？各自的应用领域是什么？相比传统化石燃料发电，化学电池有哪些突出优点？【学生思考】结合教材内容回答：化学电池是将化学能转化为电能的装置。列举常见类型及应用：干电池：应用于手电筒、电子钟，以及国防、科研、航空等领域；蓄电池（如铅蓄电池）：应用于车辆电力系统、移动电源、照明系统等；锂离子电池：应用于电动汽车、智能设备等领域。总结化学电池的优点：体积小、使用方便、能量转化效率高，还能减少化石燃料发电带来的污染。【讲解】评价学生的回答后，结合教材中的“干电池、蓄电池、锂离子电池”图片补充细节：干电池因填充的电解质是不能流动的糊状物得名，使用便捷，是生活中最常见的一次电池（不可充电）；蓄电池属于二次电池，能通过化学反应实现充放电循环，铅蓄电池是其中应用最广泛的类型之一；锂离子电池具有“体积小、电压高、使用寿命长、相对环保”的优势，是新能源、智能设备领域的核心电源。同时对比传统化石燃料发电（能量转化路径：化学能→热能→机械能→电能），说明化学电池直接将化学能转化为电能，不仅转化效率更高，还能避免化石燃料燃烧带来的污染问题。【设计意图】引导学生关注化学电池在生活、科技、国防等领域的实际应用，理解其能量转化的核心本质；培养学生自主阅读教材、归纳信息的能力，让学生认识到化学电池对提升生活便捷性、推动社会可持续发展的重要价值。【对应训练1】下列关于化学电池能量转化形式的描述，正确的是（）A.将电能转化为化学能B.将化学能转化为电能C.将热能转化为电能D.将机械能转化为电能【答案】：B【解析】：化学电池的核心功能是将化学反应中的化学能直接转化为电能；A是充电电池的逆向过程（电能转化学能），C、D是传统化石燃料发电的能量转化环节，均不符合化学电池的特点。【对应训练2】下列设备中，主要使用铅蓄电池（蓄电池的一种）供电的是（）A.智能手机B.家用手电筒C.汽车启动系统D.普通电子计算器【答案】：C【解析】：A常用锂离子电池，B、D常用干电池（或纽扣电池）；铅蓄电池容量大、可反复充电，是汽车启动系统的常用电源。第2节能源的综合利用一、化石燃料的合理使用煤形成：古代植物遗体经过复杂变化形成组成：主要含碳元素，还有氢、氧、氮、硫等深加工：隔绝空气加强热（干馏）→焦炭、煤焦油、焦炉煤气石油形成：古代海洋生物遗体经过复杂变化形成组成：主要含碳、氢元素炼制：分馏（利用沸点不同）→汽油、煤油、柴油等天然气（甲烷CH₄）燃烧实验：CH₄+2O₂点燃CO₂+2H₂O可燃冰：主要成分甲烷水合物，优点（储量大、热值高），缺点（开采技术不成熟）二、清洁能源的开发利用太阳能能量巨大，利用途径待探讨生物质能（以乙醇为例）乙醇（C₂H₅OH）性质：无色透明、有特殊香味液体，易挥发，与水任意比互溶燃烧：C₂H₅OH+3O₂点燃2CO₂+3H₂O制取：粮食及植物纤维发酵乙醇汽油优点：抗爆性好、降低污染、可再生氢能优点：热值高、无污染、来源广制取：实验室用锌和稀硫酸反应Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑利用：能量转化、作为燃料太阳能制氢优点：清洁可再生、降低成本、利用率高、解决储能问题三、化学电池的广泛应用原理：化学能转化为电能类型及应用干电池：电筒、电子钟等蓄电池（铅蓄电池）：车辆电力系统等锂离子电池：电动汽车、智能设备等能量转化实验实验现象：电流表指针偏转原理：锌与硫酸铜溶液反应形成原电池能源与生活息息相关。下列说法不正确的是（）石油属于化石燃料，是不可再生能源天然气燃烧产生的二氧化碳可造成酸雨乙醇汽油用作汽车燃料可减少空气污染太阳能电池可将太阳能转化为电能【答案】B【解析】A.石油是