8.1 自然资源的开发利用 第3课时（教学设计）化学人教版必修第二册

该高中化学教学设计聚焦煤、石油和天然气的综合利用，涵盖煤的干馏、气化、液化，石油分馏、裂化等加工方式及天然气、生物质资源利用。通过生活互动提问结合视频与我国可燃冰科技成就导入，衔接金属矿物等前序内容，构建“组成→加工→产品→用途”认知支架。 特色在于采用问题驱动分组探究，如对比煤干馏与石油分馏的变化类型，结合产物表格、交互动画深化理解。落实科学探究与实践、科学态度与责任等核心素养，如通过我国可燃冰开采案例培养民族自豪感。助力学生建立资源利用逻辑，为教师提供真实情境教学素材，提升课堂效率。

第一节 自然资源的开发利用 课时3 煤、石油和天然气的综合利用 一、知识目标 1.了解煤的组成，认识煤的干馏、气化、液化的原理，掌握各过程的主要产品及用途，理解煤的综合利用对可持续发展的重要意义。 2.知道天然气的主要成分为甲烷，了解可燃冰的组成、应用前景与开发挑战，能说出天然气的化工用途与能源价值。 3.理解石油分馏、催化裂化、催化裂解、催化重整的原理，掌握各类石油加工方式的目的、主要产品及用途，了解石油化工的应用价值，认识生物质资源开发利用的绿色发展方向。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：：能从元素组成和物质转化的角度，分析煤、石油、天然气的组成特点，理解不同加工方式的原理，建立“组成→加工→产品→用途”的认知逻辑。 2.证据推理与模型认知：认识化石能源综合利用过程中化学变化的规律，明确区分物理变化（石油分馏）与化学变化（煤的干馏、气化、液化，石油裂化、裂解等），理解通过化学转化提升资源利用价值的核心思路。 3.科学探究与创新意识：通过分组讨论、问题探究活动，提升合作交流与分析实际问题的能力，能针对提高能源利用效率、减少环境污染提出合理思路。 一、教学重点 1.煤、石油和天然气的综合利用。 二、教学难点 1.煤、石油和天然气的综合利用。 本章内容是学生系统学习元素化合物知识、基础化学原理后，将化学知识应用于生产生活实际的重要载体，承担着建构“化学推动可持续发展”核心观念的作用，对发展学生“科学态度与社会责任”的化学核心素养有不可替代的价值。本节课安排在金属矿物、海水资源的开发利用之后，聚焦化石能源这一核心自然资源的利用，教材以问题驱动、分组探究的思路编排内容，从煤的组成到三种综合利用途径，再到石油炼制、天然气利用，最后延伸到新型生物质资源开发，既厘清了干馏、气化、分馏等核心概念，又融入了我国可燃冰开采技术、绿色化工发展等真实情境，符合必修阶段“重应用、轻深研”的教学要求，凸显了化学在合理利用资源、推动绿色发展中的重要作用。 学生，经过半个学期的高中化学学习，学生已经掌握了烃的基本性质、蒸馏等混合物分离方法，也在生活中对煤、石油、天然气作为能源的用途有基础认知，具备一定的生活经验和知识储备，对生产生活领域的化学问题有较强的探究兴趣，已经适应分组讨论、问题驱动的课堂学习模式。 但学生对化石能源的综合利用存在较多认知误区：容易混淆变化类型，分不清煤的干馏、石油分馏的变化本质，常会将煤的气化液化与物质三态变化混淆；也不能深入理解化石能源深加工的意义，仅停留在“减少污染”的表层认知。教学中需要结合学生已有认知，通过对比辨析厘清易混概念，结合真实情境帮助学生建立对综合利用价值的完整认知。 教学环节一 新课导入 【生活互动提问】同学们，在开启今天的学习之前，我们先来做一个小互动：想一想，你身上穿的化纤衣服、出行用的汽油、做饭用的天然气，日常用的塑料水杯、很多常见的药物，这些和我们生活息息相关的物品，最基础的原料来自哪里呢？给大家1分钟时间，同桌之间可以互相交流讨论一下。（预留交流时间，邀请学生分享观点，多数学生可以联想到煤、石油、天然气这些化石燃料） 【播放视频】化石燃料的综合利用 【情境展示引出核心问题】大家说得都非常好！其实从古至今，煤、石油、天然气不仅是我们的主要能源，更是化工生产的核心原料，我们生活中绝大多数的化工产品都离不开这三种化石燃料。老师也要给大家分享一个我们国家的科技成就：我们今天会提到的“可燃冰”也就是天然气水合物，我国的开采技术已经处于世界先进水平，这种储量巨大的清洁能源，有望成为未来的重要能源，但开发它也需要解决很多环境和技术问题。 同时我们也知道，直接燃烧煤不仅能源利用率低，还会产生硫氧化物等污染物，引发酸雨等环境问题；化石燃料作为不可再生资源，怎么才能最大化利用它们，既获得清洁的能源和多样的化工产品，又减少污染，助力可持续发展呢？今天我们就一起来探究：如何实现煤、石油和天然气的综合利用。 【设计意图】 1.贴近生活，激发参与：从学生日常接触的衣食住行相关物品切入提问，打破了化工知识的距离感，迅速吸引学生注意力，激发学生的表达欲和探究欲，有效提高课堂参与度。 2.结合科技，渗透素养：引入我国可燃冰开采的先进科技成果，既贴合本课教材内容，还能让学生感受到化学对科技发展的价值，同时培养学生的民族自豪感，落实化学学科“科学态度与社会责任”的核心素养。 3.契合设计，自然导入：本课采用“问题驱动”的教学模型，通过情境引出核心问题“如何实现化石燃料的综合利用”，自然过渡到本节课的学习主题，让学生带着明确的问题进入后续的分组探究活动，提升学习的主动性。 教学环节二 煤的综合利用 任务1：请同学们分组讨论如何提高煤的燃烧效率，减少环境污染？ 【情景引入】煤是我国目前消耗量最大的化石燃料，直接燃煤不仅热效率低，还会产生大量硫氧化物、烟尘等污染物，如何对煤进行加工，实现高效清洁利用呢？今天我们首先探究煤的综合利用。 【师生活动】 【教师提问】：请同学们前后4人为一组，讨论2个问题：①煤的主要组成是什么？②如何提高煤的燃烧效率，减少环境污染？ 【学生活动】：生分组讨论后展示 生1：煤是古代植物变成的，主要含碳，烧了会有煤灰和二氧化硫，污染空气，我们可以把煤脱硫之后再烧，把煤磨成粉让它烧更充分。 生2：我听说可以把煤变成煤气烧，比直接烧煤更干净。 【交互动画】煤的综合利用 【教师讲解】：大家的思路都很正确。煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，元素组成以碳为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素，还含有无机矿物质。直接燃烧确实存在很多弊端，目前实现煤综合利用的主要途径是煤的干馏、气化和液化，可以获得清洁燃料和多种化工原料 【总结讲解】 一、煤的综合利用 1.煤的组成 ①煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。 ②通过煤的干馏、气化和液化获得清洁的燃料和多种化工原料，是目前实现煤的综合利用的主要途径。 【设计意图】通过问题驱动分组讨论，激活学生已有认知，引发认知冲突，激发学生探究欲望，引出核心内容。 任务2：请同学们分组讨论煤的干馏 【交互动画】煤的干馏 【师生活动】 【教师提问】：：什么是煤的干馏？请同学们阅读教材相关内容，思考两个问题：①煤的干馏需要什么条件？②煤干馏得到哪些产物，各有什么用途？ 【学生活动】：学生讨论后回答： 煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化，整个过程有新物质生成，属于化学变化；这里“隔绝空气”是核心条件，如果不隔绝空气，煤会直接燃烧，无法得到分解产物。 【播放视频】煤的干馏 【总结讲解】 一、煤的综合利用 2.煤的综合利用 煤的综合利用主要途径：煤的干馏、煤的气化、煤的液化。 ⑴煤的干馏： ①煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。 ②煤的干馏的重要产品和用途 干馏产物 主要成分 主要用途 出炉 煤气 焦炉气 H2、CH4、乙烯、CO 气体燃料、化工原料 粗氨水 NH3、铵盐 化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 煤焦油 苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘 染料、医药、农药、 合成材料 沥青 筑路材料、碳素电极 焦炭 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料 【设计意图】通过阅读思考建构核心概念，突破易错点，明确煤干馏的原理、产物和用途。 任务3：请同学们分组讨论煤的气化、煤的液化 【教师提问】：除了干馏，我们还可以将煤转化为气态和液态燃料，请同学们阅读教材，写出煤气化的主要反应方程式，区分两种液化方式。 【学生活动】：学生讨论后回答：生依次发言，师整理总结 【总结讲解】 一、煤的综合利用 2.煤的综合利用 ⑵煤的气化 ①煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。 ②主要反应： (3)煤的液化 将煤转化为液体燃料的过程。 ①直接液化： 使煤与H2作用生成液体燃料。 ②间接液化： 一般是先转化为一氧化碳和氢气，然后在催化剂的作用下合成甲醇等。 【设计意图】明确气化、液化的原理和分类，建构煤综合利用的完整知识体系。 教学环节三 石油和天然气的综合利用 任务1：请同学们分组探讨阅读下列资料卡片，你得到什么启示？ 【情景引入】展示南海可燃冰开采的新闻图片，提问：可燃冰被称为21世纪的清洁能源，我国可燃冰开采技术处于世界先进水平，可燃冰和天然气主要成分是什么？开发可燃冰有哪些利弊呢？ 【师生活动】 【教师提问】：请同学们阅读教材中可燃冰的资料卡片，回答上述问题 【学生活动】天然气的主要成分是甲烷，可燃冰是天然气水合物，是高效清洁能源，储量巨大；但开采不当会诱发海底地质灾害，甲烷泄漏会加重温室效应。天然气不仅是清洁能源，还是重要的化工原料。 【总结讲解】 二、石油和天然气的综合利用 1. 天然气组成——主要成分是甲烷 ①燃料——清洁能源 ②化工原料：生产甲醇、合成两碳或多碳有机物 【设计意图】结合我国科技成就，培养学生科学态度与社会责任，认识能源开发的两面性。 任务2：请同学们分组探讨石油的综合利用。 【播放视频】石油的综合利用 【教师提问】：石油是多种碳氢化合物组成的混合物，我们日常用的汽油、塑料、合成纤维都来自石油，如何对石油进行加工得到不同产品呢？请大家思考：根据沸点不同分离混合物的方法是什么？ 【学生回答】分馏。 【师总结评价】石油分馏就是利用石油中各组分沸点不同，分离得到不同沸点范围产物的过程，分为常压分馏和减压分馏，可以得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油、沥青等产品，分馏过程没有新物质生成，属于物理变化，得到的各馏分都是混合物。 【总结讲解】 二、石油和天然气的综合利用 2.石油的综合利用 石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，成分复杂。 ⑴石油的分馏 ①利用各组分沸点的不同进行分离的过程。 ②分馏分为常压分馏，减压分馏 任务3：请同学们分组探讨石油炼制的主要产品和用途。 【交互动画】石油炼制的主要产品和用途 【师生活动】 【教师提问】：我们对汽油等轻质燃料的需求量很大，石油分馏得到的重油产量高、价值低，如何得到更多轻质汽油呢？ 【学生活动】生分组讨论; 可以把长链的大分子烃断裂成小分子烃。 【总结讲解】 二、石油和天然气的综合利用 2.石油的综合利用 ⑵催化裂化 在一定条件下（加热、催化剂），把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。 ①裂化的目的:提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量。 ②例如： ⑶催化裂解 采用比裂化更高的温度，使其中相对分子质量较大的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃。 ①裂解的目的: 获得乙烯、丙烯等小分子烃。 ②例如： ⑷催化重整 通过结构的调整，使链状烃转化为环状烃。 【设计意图】通过问题递进式探究，明确石油炼制不同方法的原理、目的，区分物理变化和化学变化，突破难点。 任务4：请同学们分组讨论石油化工产品的应用及投入产出 【交互动画】石油化工产品的应用及投入产出 【教师提问】： 石油分馏得到的重油产量高、价值低，而我们对轻质汽油的需求量很大，如何得到更多轻质燃料？整理下表，对比不同石油深加工方式： 加工方式 原理 加工目的 变化类型 催化裂化 催化裂解 催化重整 【学生答案】： 加工方式 原理 加工目的 变化类型 催化裂化 加热、催化剂条件下，将相对分子质量大、沸点高的长链烃断裂为相对分子质量小、沸点低的短链烃 提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量 化学变化 催化裂解 采用比裂化更高的温度，将长链烃断裂为乙烯、丙烯等短链小分子烃 获得乙烯、丙烯等小分子化工原料 化学变化 催化重整 通过催化剂作用调整烃的结构，将链状烃转化为环状烃 获得芳香烃，提高汽油的品质 化学变化 任务5：请同学们分组讨论生物质资源的利用。 【教师提问】：化石燃料是不可再生能源，要实现化学工业的可持续发展，我们可以开发什么替代资源？请同学们阅读教材中生物质资源的内容，思考生物质资源利用的优势。 【交互动画】生物质资源的利用 【学生活动】学生阅读后回答： 【总结讲解】：生物质资源主要包括农林废弃物、生产生活有机废弃物，可以通过物理、化学、生物方法转化为燃料、材料和化工原料，用生物质替代化石燃料的生产路线是绿色可持续的发展方向，符合我国双碳目标的要求。 【总结讲解】 二、石油和天然气的综合利用 3.生物质资源的利用 开发生物质资源替代化石能源，是绿色可持续发展的新方向。 【设计意图】拓展学生视野，渗透可持续发展的化学核心观。 一、煤的综合利用 1.煤的组成 ①煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。 ②通过煤的干馏、气化和液化获得清洁的燃料和多种化工原料，是目前实现煤的综合利用的主要途径。 2.煤的综合利用 煤的综合利用主要途径：煤的干馏、煤的气化、煤的液化。 ⑴煤的干馏： ①煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。 ②煤的干馏的重要产品和用途 ⑵煤的气化 ①煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。 ②主要反应： (3)煤的液化 将煤转化为液体燃料的过程。 ①直接液化： 使煤与H2作用生成液体燃料。 ②间接液化： 一般是先转化为一氧化碳和氢气，然后在催化剂的作用下合成甲醇等。 二、石油和天然气的综合利用 1. 天然气组成——主要成分是甲烷 ①燃料——清洁能源 ②化工原料：生产甲醇、合成两碳或多碳有机物 2.石油的综合利用 石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，成分复杂。 ⑴石油的分馏 ①利用各组分沸点的不同进行分离的过程。 ②分馏分为常压分馏，减压分馏 ⑵催化裂化 在一定条件下（加热、催化剂），把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。 ①裂化的目的:提高轻质液体燃料的产量，特别是提高汽油的产量。 ②例如： ⑶催化裂解 采用比裂化更高的温度，使其中相对分子质量较大的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃。 ①裂解的目的: 获得乙烯、丙烯等小分子烃。 ②例如： ⑷催化重整 通过结构的调整，使链状烃转化为环状烃。 3.生物质资源的利用 开发生物质资源替代化石能源，是绿色可持续发展的新方向 1.下列关于煤的描述正确的是 A．煤的气化、液化和干馏是煤的综合利用主要方法 B．煤的气化、液化是物理变化，煤的干馏是化学变化 C．煤是混合物，其中含有苯、甲苯、二甲苯等有机物 D．煤的干馏是利用物质沸点不同将有机物分离 【答案】A 【解析】A．煤的气化（转化为可燃气体）、液化（转化为液体燃料）和干馏（隔绝空气加强热分解）是煤综合利用的三种主要方法，故A正确。 B．煤的气化和液化涉及化学反应（如气化生成CO、H2，液化加氢改性），均为化学变化；干馏也是化学变化（分解反应），“气化、液化是物理变化”的说法错误，故B错误。 C．煤是复杂混合物，但不含苯、甲苯等有机物，这些物质需通过干馏等加工过程才能得到，故C错误。 D．煤的干馏是化学变化（分解生成焦炭、煤焦油等），而利用沸点差异分离物质属于分馏（物理变化），D混淆了干馏与分馏，故D错误。 故选A。 2．下列关于石油的说法不正确的是 A．石油主要含C、H两种元素 B．石油主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物 C．石油有固定的熔点 D．石油分馏得到的汽油是混合物 【答案】C 【解析】A．石油是复杂的混合物，由烷烃、环烷烃、芳香烃等多种烃类组成，主要含C、H两种元素，A正确； B．石油是复杂的混合物，由烷烃、环烷烃、芳香烃等多种烃类组成，B正确； C．混合物没有固定的熔沸点，C错误； D．石油分馏是根据不同烃类的沸点差异进行分离的物理过程，石油是复杂的混合物，汽油是其中的一个馏分，主要含有碳原子数为5～11的烷烃、环烷烃和芳香烃等多种化合物，D正确； 故答案选C。 3.下列关于石油加工的叙述中，不正确的是 A．石油分馏所得的产物是具有恒定沸点的纯净物 B．石油裂化的目的是提高汽油等轻质燃油的产量和质量 C．石油裂解的原料是石油分馏产物，包括石油气 D．石油的分馏是物理变化过程 【答案】A 【解析】A．石油分馏是利用组分沸点不同分离石油，产物（如汽油、煤油）是沸点范围相近的混合物，而非纯净物，A错误。 B．裂化通过大分子烃断裂提高轻质燃油（如汽油）的产量和质量，B正确。 C．裂解以分馏产物（含石油气）为原料深度分解制烯烃，C正确。 D．分馏仅通过沸点差异分离组分，无新物质生成，属于物理变化，D正确。 故选：A。 4.下面关于煤、石油、天然气知识的思维导图中表述正确的是 A．A B．B C．C D．D 【答案】B 【解析】A．煤的干馏有新物质生成，属于化学变化，A错误； B．甲烷是天然气的主要成分，B正确； C．化石燃料是不可再生能源，C错误； D．汽油中含多种成分，是混合物，D错误； 单选B。 5.某研究性学习小组所做的石蜡油(17个碳原子以上的烷烃)分解实验如图所示。下列有关说法不正确的是 A．装置Ⅱ中逸出的气体通入高锰酸钾溶液，发生氧化反应 B．石蜡油分解生成的气体中只有烯烃 C．十八烷完全分解为乙烷和最多乙烯时，二者物质的量之比为1∶8 D．装置Ⅰ中硫酸铝和碎瓷片都是催化剂 【答案】B 【分析】装置I中发生石蜡油的分解实验，装置II中用冰水冷凝产物，装置III中为酸性高锰酸钾溶液，检验还原性烯烃的存在。 【解析】A．装置II中逸出的气体通入高锰酸钾溶液，烯烃将发生氧化反应，A正确； B．石蜡油发生的是裂解反应，所以分解生成的气体中既有烯烃，又有烷烃，B不正确； C．十八烷完全分解为乙烷和最多乙烯时，按每两个碳原子作为一组，将碳碳单键打断，共可断为9截，其中8截为乙烯，一截为乙烷，乙烷与乙烯物质的量之比为1:8，C正确； D．装置Ⅰ中硫酸铝和碎瓷片都是催化剂，D正确。 故选B。 本节课采用问题驱动、分组讨论的教学模式，引导学生自主建构化石能源综合利用的知识体系，贴合化学与可持续发展的主题，帮助学生认识到合理开发能源的重要意义。但教学中发现，不少学生容易混淆不同加工过程的变化类型，常错认为煤的气化液化是物理变化、石油分馏是化学变化，后续需要增加对比归纳的小环节强化区分。此外，关于可燃冰、生物质资源的拓展部分，可结合我国相关技术成就，更好地落实情感态度目标，提升学生的科学素养与社会责任。 / 学科网（北京）股份有限公司 $