课题3　石油、煤和天然气的综合利用教学设计及课堂实录

《煤、石油、天然气的综合利用》教学设计

一、教学目标

知识与技能

1．认识煤、石油、天然气是人类能源的主要来源。能书写简单代表物燃烧的化学方程式。

2．了解煤的成分；知道通过煤的干馏可得到多种化工产品及其用途；知道煤的气化和液化可减少燃烧所造成的环境污染。

3．了解石油的成分；知道通过石油的分馏及裂化可得到多种化工产品及其用途。

4．通过书写乙烯聚合反应的化学方程式，了解聚合反应的原理。能举例说明高分子材料在生活等领域中的应用。

过程与方法

通过本节课和本节课前的预习准备，学会讨论、交流和合作学习。

情感、态度与价值观

了解煤、天然气、石油在国民经济和人民生活中的重要作用，了解使用煤、天然气、石油所带来的环境问题，体会化学资源综合利用和环境保护的重要意义，提升综合利用化学资源和环境保护的意识。

二、教学重点

煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用。

三、教学难点

石油裂化的原理、加聚反应的原理。

四、教学方式

启发、阅读、分组讨论与交流、归纳总结等。

五、教学过程

2004年一次能源消费构成

全世界

中国

原油

煤炭

天然气

水电

核能

6.2% 6.1% 5.4% 0.8% 36.8% 27.2% 23.7% 22.3% 69.0% 2.5%

[引入]从表中可以看出，煤、石油、天然气是当今人类使用的主要能源，同时也是重要的化工原料，如乙烯和苯就是从石油和煤中提取出来的。化石燃料是不可再生能源，其综合利用越来越受人们的重视。

[板书]一、煤、石油和天然气的综合利用

[讲述]我国不仅煤资源、煤产量都名列世界前茅，同时也发现煤和使用煤最早的国家。早在战国时的《山海经》已有煤的记载，西汉时期已经使用煤来炼铁，而英国人到了16世纪才会用煤炼铁。当前，我国工业燃料动力的80%依靠煤，化工原料的65%是煤。

[阅读]新闻报道——蜂窝煤重出江湖。

[设问]煤是不是炭？有人说用煤可以制成布、橡胶等，这是怎么一回事？

[板书]1．煤的综合利用

[学生活动]阅读课本P86~87煤的综合利用内容。

[讨论与交流] 1．请用你知道的事实说明煤的成分。

2．煤的干馏属于化学变化还是物理变化？有哪些主要产品？

3．为什么要进行煤的气化和液化？

[展示实物]几种煤的标本。

[提问]煤主要含有哪些元素？

[学生回答1]煤是古代植物转变来的，黑黑的、可以燃烧，主要含碳元素。

[学生回答2]烧煤时可以闻到SO2气味，说明煤中含有硫元素。

[学生回答3]烧煤时烟囱有水珠，煤中有氢元素。

[学生回答4]烧煤后会留下煤灰，应该是煤中的无机物造成的。

……

[展示图片]煤的结构模型

[归纳]煤主要含碳元素，但不是只含有碳，所以煤不是炭。（引导学生明确碳≠炭）

[讲述]在很长一段时间里，煤只是作为一种燃料为人们所利用。直到18世纪末，德国、英国利用煤的干馏制取煤气，接着又从煤炼焦的副产品中回收煤焦油，人们才认识到煤除了可以用做燃料外，还是重要的化工原料。

[视频演示]煤的干馏。

[思考]煤的干馏与煤的直接燃烧有什么区别？

[设问]煤和煤干馏的主要产品的用途呢？

[学生回答]煤——火力发电的原料、焦炭——作还原剂，用于冶炼金属、煤焦油——分离出苯、二甲苯等有机物、焦炉煤气——用作燃料……

[讲述]煤燃烧时不仅产生我们所需的能量，同时还会生成大量的二氧化硫、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等污染物。为了减少煤燃烧时对环境造成的污染，人们一方面采取措施，改进燃煤技术、改善燃煤质量和排烟设备；另一方面，设法把煤转化成清洁的燃料。煤的气化和液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，同时煤的燃烧效率等也能够得到提高。

[学生活动]写出煤的气化过程的主要反应方程式。

[联系实际]当少量水洒在烧得通红的煤上时，火不但没有熄灭，反而烧得更旺，这就是煤的气化。

[小结]煤的综合利用

[过渡]从2004年能源消费的情况看，我国的煤炭消费量比重明显偏高，天然气与核能比重明显偏低，与世界平均水平相差甚远。天然气是优质清洁能源和化工原料，开发利用天然气对改善我国能源结构、保护生态环境具有十分重要的意义。

[板书]2．天然气的综合利用

[设问]城市居民用气，最先发展的是管道煤气，以后产生液化气作为补充，天然气则是近年发展起来的气体燃料。

[讲述]天然气的主要用途：化石燃料、化工原料。

[板书]（1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生产甲醇、合成多个碳原子的有机化合物。

阅读]资料卡片---甲烷水合物

[例题］最近，新华社的一条消息中披露：我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半；而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体(CH4·H2O)。请结合初中化学知识回答下列问

（1）下列说法中正确的是（填序号）___________．

A．CH4·H2OB．CH4·H2O的组成元素有3

C．CH4·H2O中CH4和H2O的质量比为1∶1D

（2）可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景。你认为能开发利用的新能源还有（至少填写二种）___________，_______________。

[讲解] （1）溶剂是能够溶解其他物质的物质，溶剂与溶质间没有固定的组成，而CH4·H2O的组成固定故A不正确。CH4中含C、H二元素，H2O中含H、O二元素，故CH4·H2O由C、H、O三元素，组成B正确。CH4·H2O分子中CH4与H2O的物质的量之比为1∶1，而其式量不等则C不正确。CH4·H2O可燃是由于分解产生CH4的原因，故D不正确。

（2）新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源包括太阳能、生物能、风能、地热能、氢能源等。

[提问]为什么要使用气体燃料呢？

[学生回答1]气体燃料与空气混合充分，容易完全燃烧，与固体燃料相比有较高的利用率。

[学生回答2]气体燃料便于运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。

……

[讲述]天然气是一种高效、清洁的燃料。随着我国“西气东输”管线的全面贯通，越来越多的地区将使用天然气。届时，一个山更绿、天更蓝、水更清、生活更美好的天然气时代的到来。此外，天然气更是一种重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇以及合成分子内含两个或多个碳原子的其他有机化合物。

[介绍]什么是欧佩克？欧佩克是哪年成立的？目前欧佩克有哪些成员国？

[讲述]石油被称为“工业的血液”，炼制石油可以得到许多有机化合物。石油的分馏、催化裂化、裂解等都是炼制加工石油的重要手段。

[板书]3．石油的综合利用

[展示]原油样品。

[讲述]未经加工的石油叫原油，是一种棕黑色粘稠液体。

[设问]石油是纯净物还是混合物？用什么事实可以证明？

[学生回答1]是混合物，它有汽油、煤油、柴油等产品。

[学生回答2]是混合物，它从地下开采出来，因此不可能是纯净物。

……

[归纳]石油是混合物。它主要是由多种的碳氢化合物组成。

[设问]谁能举例说明生活中你最熟悉的石油产品，简述它的用途？

[学生回答1]汽油，用于汽车、摩托车的燃料。

[学生回答2]煤油用作飞机燃料、煤油炉燃料。

[学生回答3]柴油可用作发动机的燃料。

[学生回答4]沥青用来铺路，石蜡用作化工原料。

[学生回答5]金属钠保存在石蜡油或煤油中。

……

[设问]刚才所说的汽油或柴油是通过什么方法得到的？

[学生回答]通过石油的分馏可得到汽油和柴油等。

[学生活动]观看视频“石油的分馏”并阅读课文P87有关内容。

[讨论与交流] （1）什么叫分馏？

（2）分馏的设备：分馏塔

（3）主要产品：轻质油（汽油、煤油、柴油等）和重油（含碳原子较多）

（4）产品特点：轻质油少（社会需要量大）、重油多（社会需要量小）

[追问]如何才能将过剩的重油变成轻质油？试从化学键与能量关系分析。

[讨论与交流] （1）什么是裂化？裂化与裂解有什么区别？

（2）催化裂化的目的：提高汽油的产量。

（3）写出十六烷裂化、裂解的化学方程式，分析其化学键的断裂与形成过程。

（4）联想石蜡油分解实验，了解裂解的目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要的化工原料。

[板书]分馏——利用原油中各成分沸点不同，将复杂的混合物分离成较简单更有用的混合物的过程。

裂化——在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小、沸点低的烃的过程。

规律：生成等量的烷烃与烯烃，目的：提高汽油的产量。

[讲解]在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更高的温度（700～800℃，有时甚至高达1000℃以上），使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。

[板书]裂解：使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。

重整：在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃。

[讲解]三大合成材料与煤、石油、天然气的关系，聚乙烯塑料的合成及应用。

[学生活动]阅读课本图4-6原油的分馏及裂化的产品和用途示意图：

[小结]石油的综合利用

裂化——提高轻质油（汽油等）的产量乙烯→聚乙烯石油裂解丙烯→聚丙烯甲烷→基本化工原料分馏——获得汽油、煤油、柴油、重油等

[讲述]总之，煤、天然气和石油的综合利用意义非常大，我们熟悉的塑料、合成橡胶、合成纤维这三大合成材料，都是以煤、天然气和石油为原料生产的。

[板书]4．以煤、石油和天然气为原料生产合成材料

[展示]三大合成材料的样品、生活中常见的合成材料图片。

[讲述]由三大合成材料制得产品，在生产和生活中得到广泛的应用，聚乙烯塑料及其产品就是典型的代表。

[展示图片]用聚乙烯制成的产品

[讲解]聚乙烯的生成原理：在适当温度、压强和有催化剂存在的情况下，乙烯双键里的一个键会

断裂，分子里的碳原子能互相结合成为很长的链。

CH2＝CH2+CH2＝CH2+CH2＝CH2+……→－CH2－CH2－+－CH2－CH2－+－CH2－CH2－+……→－CH2－CH2－CH2－CH2－CH2－CH2－……

[学生活动]

写出乙烯合成聚乙烯的化学方程式。

[动画演示]乙烯的聚合反应。

加聚反应：像乙烯那样由相对分子质量小的化合物分子（乙烯）互相结合成相对分子质量大的高分子（聚乙烯）的反应，称为加成聚合反应，简称加聚反应。

[讲述]高分子化合物及其特征。

乙烯为单体，重复结构单元－CH2－CH2－称为链节，n为聚合度－表示高分子化合物中所含链节的数目。

[设问]前面学过的基本营养物质中，有哪些是高分子化合物？

淀粉、纤维素和蛋白质。（强调油脂不属于高分子化合物。）

[学生汇报]一些常见的高分子化合物及其用途。

[总结]化石燃料的使用既给予了人们方便，推动了人类的文明，同时也造成了环境的污染。我们应辨证地认识发展生产和治理环境的关系。化石燃料是不可再生的资源，寻找新的能源是有待解决的问题。

六、教学反思

本节教学属于了解性知识，若按常规教学，以讲为主，学生会感到枯燥、乏味，难以接受。结合本节内容的特点，采取阅读、讨论、总结、归纳为主，充分发挥学生的主体作用，提高学生的阅读能力、思维能力、分析能力、归纳能力、总结能力。

课堂上尽量将多媒体进行整合，通过实物、图表、多媒体课件等增加信息量，增强学生的参与度，激发学生的学习兴趣，有效地获取信息。

煤、天然气和石油的成分、煤和石油的综合利用、有机高分子化合物、石蜡油分解生成乙烯、蒸馏原理等知识学生已经在前面的学习中了解过，为此，教学中采取复习、回忆、提问等方法促使学生原有的知识在记忆中活跃起来，沟通知识、情景、问题之间的联系，促进知识的转化和重组。

石油裂化原理、加聚反应的原理是本节课的教学难点。教学过程中紧扣学过的化学反应的实质，通过书写化学方程式并分析化学键的断裂和形成的特点来增加学生的感性认识，并在课后以习题的形式加深理解。