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教学课件化学九年级下册沪教版第9章化学与社会发展第1节能源的综合利用人类社会需要充足的能源、丰富的材料、良好的环境，而能源、材料、环境这三个领域的研究都离不开化学。化学有助于人类解决能源危机；化学为人类提供更丰富的材料；化学能保护和改善人类赖以生存的环境。能源：能为人类提供所需能量的资源我国首台自动跟踪太阳能高效发电站在泉城济南省科技馆门前安装完成。太阳能路灯太阳能利用风能和太阳能的自亮街灯风力发电风能西藏羊八井地热发电站地热能西藏利用地热发电温泉电能化石燃料：是我们生产、生活的主要能源。煤石油几种能源及分类常规能源：新能源：可再生能源：不可再生能源：电能、化石燃料（煤、石油、天然气）；太阳能、氢能、核能；太阳能、风能、地热能；核能、化石燃料（煤、石油、天然气）、可燃冰。常规能源：即传统能源，已经大规模生产和广泛利用的能源。新能源：以新技术为基础，系统开发的能源。常见的能源太阳能、化石能源、水能、风能、核能（原子能）、氢能。潮汐能：海水潮流运动的能量海洋能：潮汐能、波浪能、海流能、温差能地热能：地球内部释放到地表的能量生物质：燃烧植物体放出热能新闻一:世界需要能源增多国际能源机构在《2004年世界能源展望》报告中指出，到2030年，企业和家庭对能源的需求量要比现在提高59%，全球对石油的需求量每年如按1.6%的速度来增长，到2030年全世界每天石油的需要量将从目前的O.82亿桶增加到1.21亿桶。世界能源消费增长的三分之二是发展中国家的需求增加，尤其是中国和印度。石油需要量不断增多，而能提供石油的国家越来越少。今年夏季，中国三十个省市中有十九个拉闸限电；自上海、广州0号柴油告急开始,九十号汽油告急,全国出现了一定范围的“油荒”;一些地区的煤炭供应也出现短缺。南方网讯“在经济持续增长的中国，需要巨大的能源供应，缺电、缺煤将意味着什么，谁来供应中国经济的发展，这将是我们面临的又一大严峻挑战。”新闻二：看到这些信息，你有什么感想？下表是我国化石燃料储量及年产量探明储量年产量开采年限石油32.7亿吨1.6亿吨天然气13700亿立方米217亿立方米煤1145亿吨12.4亿吨63.1年92.4年20.4年问题:这些对你有什么启示？解决能源危机的方法有哪些？解决能源危机的一般方法开发新能源。如：核能、太阳能、氢能等。提高能量转化率，降低能耗。研制、使用节能产品。中国节能标志你们在日常生活中如何节能？讨论:节能标志的含义由“energy”的第一个字母“e”构成一个圆形图案，中间包含了一个变形的汉字“节”，寓意为节能。缺口的外圆又构成“CHINA”的第一字母“C”，“节”的上半部简化成一段古长城的形状，与下半部构成一个峰火台的图案一起，象征着中国。“节”的下半部又是“能”的汉语拼音第一字母“N”。整体图案为蓝色，象征着人类通过节能活动还天空和海洋于蓝色。石油煤天然气一、化石燃料C(H、O、N、S)C、HCH4煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料(又叫矿物燃料)，化石燃料是重要的燃料和重要的能源。煤—黑色金子煤的形成：煤主要是由古代植物在地下隔绝空气的条件下，经过长期的一系列复杂的化学变化和生物变化，而形成的一种由有机物和无机物所组成的复杂的固态混合物。煤的主要成分是碳，还含有氢、氧及硫、磷等48种元素。煤：工业的粮食2012年9月2日江西安源煤矿瓦斯大爆炸事故煤矿的矿井中常因含有甲烷、煤尘等物质而发生瓦斯爆炸，造成人员伤亡。你认为煤矿应采取哪些安全措施？严禁烟火，注意通风思考与讨论石油的形成：石油是由古代动、植物遗体在地壳内部高温、高压条件下经过非常复杂的化学变化而形成的各种烷烃、环烷烃和芳烃组成的液态混合物。其主要成分是多种碳、氢元素组成的有机化合物，同时含少量硫、氧、氮等元素。石油（原油）经过分馏可得到系列产品，如溶剂油、汽油、柴油、润滑油等。石油气汽油煤油柴油润滑油石蜡沥青石油分馏示意图按沸点由低到高的顺序分离出来石油的综合利用是物理变化经精加工能得到5000多种化工原料石油是重要的化工原料石油和天然气辛烷值常用来衡量汽油的抗震程度，把抗震性较好的异辛烷(2，2，4一三甲基戊烷)的辛烷值定为l00，爆震性极强的正庚烷的辛烷值定为零，把汽油的抗震性和这两种烃的不同比例的混合物进行比较，就可以得到该汽油的相对辛烷值。为了提高汽油的辛烷值，过去广泛使用的一种入法是在汽油中添加少量抗震剂—四乙基铅。汽油和汽油的标号现在为了提高汽油的辛烷值，一般采用甲基叔丁基醚[CH3—O—C(CH3)3，又名MTBE]作为高辛烷值组分。目前，我国使用的车用汽油标号就是按照汽油的辛烷值大小划分的，例如90号汽油表示该汽油的辛烷值不低于90。天然气：主要成份是（CH4）甲烷俗称沼气天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。尽管天然气是无色、无味的，然而在送到最终用户之前，还要用硫醇来给天然气添加气味，以助于泄漏检测。天然气不像一氧化碳那样具有毒性，它本质上是对人体无害的。天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。但是，对于温室效应，天然气跟煤炭、石油一样会产生二氧化碳。因此，不能把天然气当做新能源。可燃冰的发现“冰”怎么会“燃烧”？但在自然界中确实存在这种能够燃烧的“冰”。可燃冰最初被发现，并不是在海底。早在20世纪30年代，工程技术人员就发现，一些输气管经常会被奇怪的冰块堵塞。化学家对这些冰块进行分析后得知，这是甲烷等气体被关在冰晶体中形成的。当时，这些甲烷水合物被视为一种麻烦，而不是一种新型的能源。据了解，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当中国陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”，从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年，因而被科学家誉为“未来能源”“21世纪能源”。余热余热余热硫元素SO2CO炭黑CO2碳元素燃烧燃烧温室效应大气污染热污染化石燃料的危害温室效应是指由于全球二氧化碳等气体的排放量不断增加，导致地球平均气温不断上升的现象。原来，二氧化碳等气体就像温室中的玻璃顶棚一样，既能使太阳光顺畅地透射到大地，又能截留和吸收地表放散出的热量，这就势必导致大气温度升高，全球气候变暖。太阳光CO2燃料中的碳燃烧后转变为二氧化碳气体进入大气，使大气中二氧化碳的浓度增大，从而导致温室效应。1.全球气候的变化2.热污染火力发电站发电剩下的“余热”被排放到河流、湖泊或海洋，使局部区域的水温上升，严重时会导致鱼类等水生生物大量死亡。3.大气污染在化石燃料中一般都含有相当数量的硫，燃烧时会释放出二氧化硫；化石燃料不完全燃烧时还会向大气排放大量的一氧化碳；煤炭燃烧时，向大气中排放大量的粉尘。大气污染物进入人体呼吸道产生不适、呼吸器官障碍、支气管哮喘、肺癌等病症，甚至造成急、慢性中毒或死亡等现象。酸雨对树木的危害火力发电厂发电中能量转化：化石燃料化学能热能机械能电能为什么化石燃料的转化率低？我们以火力发电厂发电为例。燃烧化石燃料存在较多问题，如：浪费自然资源、产生大气污染、能量转化效率低等。你现在知道为什么化石燃料的转化率低的原因了吗？那么生活中有没有能量转化率较高的装置？——化学电源是一种将化学能直接转化成电能的装置。生活生产中常见的电池你知道这些电池工作时，能量是如何转化的？二、化学电池1.化学能——电能2.与化石燃料相比的优点（1）节约资源；（2）减少污染（金属污染）；（3）能源转化效率高。燃料电池（以H2、CO、CH4为燃料）连接锌片与负极、铜片与正极观察到什么现象？说明什么？实验中能量是如何转化的？下面我们通过实验来直观感知化学电源中能量的转化。实验现象化学方程式电流计偏转原因能量转化的形式使用化学电源的优点电流表指针发生偏转，一段时间后，溶液逐渐变为无色Zn+CuSO4==Cu+ZnSO4烧杯中发生了化学变化，产生电流化学能直接转化为电能提高能量的转化效率，减少大气污染因为不同的需要，电池有多种类型和型号，你知道哪几类电池，分别有什么用途呢？谈一谈电池使用电池虽然能减少大气污染和提高能量的转化效率，但废旧电池能否随意丢弃？为什么？随意丢弃废旧电池会导致固体废弃物和重金属离子对环境的污染。交流与讨论一粒钮扣电池可污染60万升水，相当于一个中型游泳池；等于一个人一生的饮水量。一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值，可以使一个原本清澈见底的小池塘受到难以恢复的污染。目前，全国几乎每个城市都认识到了废旧电池潜伏的污染危害。但是如何建立起周密的回收网络和如何处理这些“污染小炸弹”，是各地共同的难题。触目惊心!你认为应如何处理？废弃电池处理方法：集中回收处理生产和使用高效、无污染的电池化石燃料能量转化率低且污染大气，而化学电源虽提高能量转化率，降低大气污染，但又带来新的环境污染问题。那么，你认为人类理想的能源是什么？为什么？二、氢能（1）原料来源广；（2）氢气完全燃烧放出的热量多；（3）燃烧产物是水,无污染。氢气——理想的绿色能源。氢能将成为未来的主要能源。1.优点：氢气是一种理想的能源，那么如何获得氢气，你有哪些方法？（1）锌和稀硫酸或稀盐酸反应（2）电解水Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑2H2O2H2↑+O2↑通电太阳能光分解水光电转换电解水（3）利用太阳能制氢气以上两种获得氢气的方法中，你认为哪一种在生产、生活中更有发展前景？为什么？思考与讨论氢气燃烧值为1.43×108J/kg,在开发氢能时，可用电解水的方法获得H2，已知20kV，500A的电流24h可电解水9t问：（1）电解9t水需要消耗多少电能？(提示:W=UIT)（2）电解9t水可以获得多少H2？这些氢气完全燃烧可以获得多少热能？（3）从计算结果中，你得到什么启示？如何在电解水方面做出突破，请说出你的设想。为什么现在没有普遍推广使用氢能源？2.大量使用氢能源要解决的问题（1）高效的制氢方法；（2）氢气的存储和运输问题；（3）安全运输。理想的氢能源循环系统太阳能是由内部氢原子发生聚变释放出巨大核能而产生的能，来自太阳的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳，并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的。此外，水能、风能等也都是由太阳能转换来的。太阳能1.光合作用2.直接利用太阳辐射能三、太阳能光能化学能（生物质能）光能光—热转换（温室、太阳能热水器）光—电转换