燃料的合理利用与开发

燃料的合理利用与开发课题2一、化学反应中的能量变化[实验7-3]在一支试管中加入一小匙干燥的生石灰，再加入2mL水，观察现象，并用手触摸试管外壁。现象手的感觉分析生石灰和水剧烈反应，产生水蒸气，放热。热或烫手生石灰和水剧烈反应，放出热量，产生水蒸气，说明这是一个放热反应。结论：化学反应在生成新物质的同时，还伴随着能量的变化。而能量的变化通常表现为热量的变化。其中，放出热量的为放热反应，吸收热量的为吸热反应。放热反应吸热反应1、燃烧2、金属和酸的反应3、氧化钙与水反应(条件为“高温”的反应)1、二氧化碳和碳2、碳、氢气还原氧化铜CaO+H2O===Ca(OH)2C+O2===CO2点燃CH4+2O2===CO2+2H2O点燃Mg＋2HCl===MgCl2＋H2CO2＋C===2CO高温2CuO＋C===2Cu＋CO2↑高温利用化学反应放出热量应用的实例1、生活燃料的使用：做饭、取暖等；2、发电、发射火箭发电发射火箭3、开山炸石和拆除危旧建筑、烧制陶瓷。开山炸石烧砖4.炼钢利用炸药爆破拆除楼房利用燃料燃烧的高温烧制陶瓷对于我们自身来说，维持体温和日常活动所需的能量，都与食物在体内发生的化学反应有关。讨论：举出一些利用化学反应放出热量的实例。切割或焊接金属、驱动汽车、加热物质等。二、化石燃料的利用生活中经常使用的燃料有煤、石油和天然气，我们常称它们为化石燃料。它们是不可再生能源植物或植物枯萎后植物等被埋于土中，经长期复杂变化形成煤。1、化石燃料的形成煤的形成：煤也叫做煤炭，被喻为“工业的粮食”、“黑色的金子”石油和天然气的形成石油又叫原油，被誉为“工业的血液”；天然气的主要成分是甲烷（CH4），是公认的当今世界最重要而又较洁净的气体燃料。阅读课文，思考下列问题：1、煤主要组成元素是什么？还含有哪些少量元素？碳元素氢、氮、硫、氧元素2、煤完全燃烧的产物有哪些？CO2H2ONO2SO23、如何将煤综合利用？将煤隔绝空气加热，生成焦炭、煤焦油、煤气等。（煤干馏[化学变化]后的综合利用，既可以充分利用煤的资源，还可以极大的减少污染。）（1）煤煤是复杂的混合物煤隔绝空气加强热（干馏）固体：液体：煤气：焦炭——冶金工业重要原料煤焦油——化工原料煤气——燃料煤的干馏是化学变化煤气主要成分：氢气H2甲烷CH4一氧化碳CO其他气体工业的粮食煤的用途从油井中开采出来的石油叫做原油，是一种粘稠状的液体。（2）石油石油的主要组成：碳和氢两种元素，含有少量S、O、N等，也是混合物。轿车燃料飞机燃料煤油炉燃料拖拉机燃料轴承蜡烛铺路材料工业清洗、防锈油给石油加热，组成石油的各物质的沸点不同，它们就会被先后蒸馏出来而得到分离。石油的分馏是物理变化石油综合利用的部分产品工业的血液煤气与罐装液化石油气在成分上有什么不同？煤气主要成分：液化石油气主要成分：氢气（H2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等水煤气主要成分：氢气（H2）、一氧化碳（CO）城镇的许多家庭做饭使用罐装“煤气”，是液化石油气，它是石油化工的一种产品。液化石油气是经加压后压缩到钢瓶中的，瓶内的压强是大气的7-8倍。天然气主要是由碳和氢组成的气态碳氢化合物，其中主要的是甲烷（CH4）。（俗称沼气）、甲烷的物理性质①通常状况下无色、无气味的气体（3）、天然气③密度比空气小②难溶于水、甲烷的化学性质—可燃性（点燃前先验纯）实验现象化学方程式(1)(2)产生蓝色火焰，烧杯内壁有水雾。CH4+2O2==CO2+2H2O点燃澄清石灰水变浑浊CO2+Ca(OH)2===CaCO3+H2O天然气、沼气把秸秆、杂草、人畜粪便等废弃物放在密闭的沼气池中发酵，就可产生甲烷。人工能制取沼气吗？在我国农村利用沼气，不仅可以解决生活用燃料问题；还能综合治理环境卫生问题。甲烷的存在（1）甲烷存在于池沼的底部（常称为沼气）（2）甲烷还存在于煤矿的坑道中。甲烷混在空气中达到一定程度时，遇火会发生爆炸。煤矿的矿井中常含有甲烷，煤矿发生瓦斯爆炸造成人员伤亡的事故时有发生。你认为煤矿应采取哪些安全措施？思考与讨论（1）严禁烟火，排除一切可能产生火花的因素；（2）注意矿井的通风，使在矿井中产生的甲烷尽快散失；（3）要注意对矿井工人进行安全意识的教育。验证甲烷(CH4)的元素组成实验步骤实验现象结论1.点燃甲烷2.将干冷的小烧杯罩在甲烷燃烧的火焰上3.向罩过甲烷燃烧火焰的小烧杯中注入澄清的石灰水CH4+2O2==CO2+2H2O点燃◎实验探究记录：产生蓝色火焰烧杯内壁出现水珠甲烷具有可然性甲烷中含有氢元素甲烷中含有碳元素化学方程式澄清石灰水变浑浊CO2+Ca(OH)2===CaCO3+H2O甲烷(CH4)可燃性气体在空气中燃烧火焰颜色燃烧产物氢气(H2)一氧化碳(CO)淡蓝色蓝色蓝色水H2O二氧化碳CO2二氧化碳和水辨别三大可燃性气体，不能看火焰颜色(肉眼难以识别)，要看燃烧产物！H2.CO.CH4.的比较化石燃料要经过数百万年才能形成，是不可再生的能源，人类目前大量开采，将使化石燃料最终被耗尽。因此人类应该考虑如何合理利用化石燃料。问题：化石燃料是不是取之不尽的？（3）.合理利用与开发化石能源我国化石燃料资源分布状况分布不平衡煤炭资源主要分布在山西、内蒙古、河北、山东等地。西气东输—将天然气从新疆输送至上海天然气60%分布在我国的中西部地区（新疆、四川）。石油资源主要分布在东北、华北、新疆等地。算一算，你能得出什么结论？下表是我国2009年化石燃料储量及年产量：（1）请计算大约多少年后我国的石油和天然气将被耗尽，并填入表中：基础储量年产量使用年限石油28.33亿吨1.89亿吨天然气32124亿立方米851.7亿立方米煤3261亿吨30.5亿吨约14.9年约37.7年约106.9年（2）请你将计算的结果在下列图上画出：讨论：因为氧气不充足，燃料不能充分燃烧。不但产生黑烟，还产生CO等物质污染空气。在日常做饭时，有时燃气灶或煤炉的火焰呈黄色或橙色，锅底出现黑色。此时就需要调节一下灶具或炉具的进风口，这是为什么？目前，人类通过化学反应获得的能量，大多来自于化石燃料，由于资源有限，因此要控制燃烧反应，使燃料充分燃烧，提高燃料的利用率。使燃料充分燃烧通常考虑两点：1.燃烧时要有足够多的空气2.燃料与空气要有足够大的接触面氧气不充足时，燃料中的碳不能充分燃烧，产生黑烟，并生成一氧化碳等物质，使燃料燃烧的利用率降低，浪费资源，且污染空气。讨论：工业上有时使用煤等固体燃料，为了使燃料与空气有足够的接触面，你认为应将固体燃料进行怎样的处理？加工成小块、打成粉末、做成蜂窝多孔形状海底埋藏着大量可燃烧的“冰”—“可燃冰”，其中主要含有甲烷水合物，成为未来新能源，但在开采技术上还存在着困难。在人们担心化石能源将被耗尽时，科学家发现海底埋藏着大量可燃烧的“冰”——“可燃冰”。可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占80%-99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。西方学者称其为“21世纪能源”或“未来能源”。“可燃冰”白色形似冰雪能像固体酒精样直接点燃然而要从海底将这些东西发掘出来，却并非易事。科学家们认为，这种矿藏哪怕受到最小的破坏，甚至是自然的破坏，就足以导致甲烷气的大量散失，从而使大气中的温室气体含量急剧增加，它所产生的后果将是不堪设想的。世纪之交，在一座新能源的宝库面前，人们不得不审慎从事——谁能肯定它不是潘多拉的盒子？万一打开了就关不上了呢？1立方米这种可燃冰燃烧，相当于164立方米的天然气燃烧所产生的热值。据粗略估算，在地壳浅部，可燃冰储层中所含的有机碳总量，大约是全球石油、天然气和煤等化石燃料含碳量的两倍，海底可燃冰的储量够人类使用1000年据专家估计，全世界石油总储量在2700亿吨到6500亿吨之间。按照目前的消耗速度，再有50－60年，全世界的石油资源将消耗殆尽。可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。三、使用燃料对环境的影响燃料的使用，促进了经济的发展，给人们生活带来了很多便利。但是，在利用化石燃料造福人类的同时，也带来了一些问题，如对环境造成的不良影响、造成资源枯竭等。使用燃料对环境的影响CO有毒气体CO2温室效应SO2NO2酸雨碳元素氮元素硫元素思考2：这些元素燃烧后生成哪些物质？思考1：煤中主要含哪种元素？还含哪些元素？煤的燃烧1.煤燃烧对空气的影响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1908年1968年雕像受到酸雨腐蚀酸雨的危害森林受到酸雨破坏人体健康影响动植物生长腐蚀金属材料酸雨的危害及防治措施危害：①直接危害人体健康；②水体酸化,影响水生动植物的生长;③破坏土壤、植被、森林；④腐蚀金属等建筑材料、雕像等。防治：①使用脱硫煤；②使用新能源；③用天然气代替煤。2、汽车用燃料的燃烧汽油或柴油燃烧后尾气的污染物有：①.一氧化碳②.未燃烧的碳氢化合物③.氮的氧化物（NONO2)④.含铅化合物⑤.烟尘等为了减少汽车尾气对环境的污染，目前在燃料和汽车制造技术方面采取的措施：1、改进发动机燃烧方式，使汽油充分燃烧；2、改用压缩天然气(CNG)或液化石油气(LPG)作燃料，以减少对空气的污染3、使用催化净化装置，使有害气体转化为无害物质4、使用无铅汽油，禁止含铅物质排放；5、使用乙醇汽油压缩天然气(CNG)用压缩天然气作燃料的汽车压缩天燃气汽车加气站在汽油中加入适量乙醇作为汽车燃料（车用乙醇汽油），可适当节省石油资源，并在一定程度上减少汽车尾气的污染。俗称：酒精C2H5OH乙醇乙醇可通过高梁、玉米和薯类等发酵、蒸馏而得到，属于可再生能源。乙醇在空气中燃烧时放出大量的热，可用作酒精灯、火锅、内燃机等的燃料。“绿色”能源C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O点燃四、能源的利用和开发氢气无色、无味、无毒、最轻的气体，难溶于水（1）物理性质（2）化学性质：①可燃性：点燃2H2＋O22H2O火焰为淡蓝色，放出大量的热②还原性：CuO＋H2△Cu＋H2O黑色的固体变为红色固体（点燃前要验纯）（3）实验室制法：用锌粒与稀硫酸反应制氢气Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑反应原理：制气装置：固、液不加热装置气体收集法：向下排气法或排水法（4）氢气作燃料的优点：①资源丰富：可以用水作原料来制取；②氢气燃烧时发热量高③无污染：氢气燃烧的产物只有一种——水氢气作燃料目前存在的问题：制取成本高和贮存困难。氢气被认为是理想的清洁、高能燃料。人类制取氢气理想的科学设想：找到某种催化剂，利用太阳光分解水。开发和利用新能源开发新能源，实现人类可持续发展思想。新能源的种类太阳能、核能、风能、地热能、潮汐能等。风能“风光”路灯风能发电站风能潮汐发电站潮汐能潮汐能核能核能发电站核能核能地热能地热能地热发电国家体育馆开装太阳能电池玻璃幕墙太阳能发电太阳能汽车太阳能三大化石燃料煤：“工业的粮食”，是人类历史上最古老的化石燃料石油：“工业的血液”天然气：地下自然形成的可燃性气体，主要成分是甲烷（CH4)煤（C）、石油（C、H）和天然气（C、H）都是混合物，都是不可再生的资源。1．煤燃烧时会排放出、等污染物。这些气体溶于雨水，会形成。2．酒精中除含碳元素外，还含有、元素，化学式为，化学名称叫。它燃烧的化学方程式为：。3．有六种气体：①氧气②氢气③氮气④一氧化碳⑤二氧化碳⑥甲烷（1）在空气所占体积分数最大的是（填序号，下同）；（2）可用来制汽水的是；（3）将成为一种重要的无污染新型燃料的是；（4）在冶金工业用来使金属氧化物还原以制取某些金属的是；（5）能与人体血液中血红蛋白结合的有毒气体是；（6）充分燃烧时生成两种氧化物的是。随堂练习NO2SO2酸雨氢氧C2H5OH乙醇③⑤②②④④⑥C2H5OH+3O2===2CO2+3H2O点燃城市污染指数首要污染物质量级别北京92可吸入颗粒物Ⅱ上海74二氧化氮Ⅱ重庆98二氧化硫Ⅱ贵阳69可吸入颗粒物Ⅱ4、下表是我国部分城市空气质量周报，阅读并回答问题最容易出现酸雨的城市是，为了减少城