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第七单元 燃料及其利用 课题2
燃料的合理利用与开发
人教版 化学 九年级上册
一、化学反应中的能量变化
燃料燃烧产生了热量,那么,是不是只有通过燃烧才能获得热量?
镁条燃烧
生石灰与水反应
实验
在一支试管中加入一小匙干燥的生石灰(或几小块食品袋中的干燥剂,主要成分是CaO),再加入约2mL水,观察现象,并用手轻轻触碰试管外壁。
现象
手的感觉
化学方程式 CaO+H2O=Ca(OH)2
水沸腾
试管外壁发烫
生石灰 熟石灰
补充:镁与稀盐酸的反应:
现象 产生大量气体,放出热量,镁带逐渐变小(或消失)
手的感觉 热(或烫手)
分析 镁带与盐酸反应。产生气体(氢气),并放出热量。说明这是一个放热反应
氢氧化钡与氯化铵的反应:
事实和研究证明,化学反应在生成新物质的同时,还伴随着能量的变化。化学不仅研究物质的性质、组成、结构和变化,还研究物质变化过程中伴随的能量变化。能量的变化通常表现为热量的变化,有些反应是放出热量的,如氧化钙与水、镁与稀盐酸反应等;有些反应则是吸收热量的,如碳与二氧化碳的反应。
化学反应在生成新物质的同时,还伴随着
能量的变化,通常表现为热量的变化。
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
C+O2 CO2
点燃
CO2 + C = 2CO
高温
CaO+H2O=Ca(OH)2
化学反应中产生的能量的用途
利用化学反应产生的热量炼钢
所以,作为重要的能源,燃料对于人类社会是非常重要的。
目前,人们使用的燃料大多来自于化石燃料,如煤、石油、天然气等。
化石燃料是不可再生能源!
煤、石油、天然气是不可再生能源!
煤的主要成分是碳元素,还含有少量H、N、S、O等元素及无机矿物
煤是复杂的混合物
煤
隔绝空气加强热
固体:焦炭——冶金工业重要原料
液体:煤焦油——化工原料
粗氨水——化肥
煤气:煤气——燃料
(干馏)
煤气主要成分:
氢气 H2
甲烷 CH4
一氧化碳 CO
其他气体
煤的干馏是化学变化
(1)煤
煤的综合利用
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
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。
1.石油可直接用作燃料吗?石油产品中有哪些是常用的燃料?
2.煤气泄漏会造成什么危害?石油罐装液化石油气在安全上应注意什么?
石油一般不能直接用作燃料,石油产品中常用的燃料有:汽油、柴油、煤油
煤气泄漏会使人中毒,遇明火易发生爆炸;使用罐装液化石油气不能加热,不能猛烈撞击,用完后马上关闭总阀门,防止泄露。万一漏气,关闭总阀门,打开窗户,不可见明火。
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(了解即可):
氢气(H2)、一氧化碳(CO)
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)。
(1) 甲烷的物理性质
①通常状况下无色、
无气味的气体
②难溶于水
③密度比空气小
(2)甲烷的化学性质
[实验7-4]
P139
点燃纯净的甲烷气体,观察火焰的颜色,烧杯的变化情况
实验步骤 实验现象 结论
(1)点燃从导管放出的甲烷,在火焰的上方罩一个冷而干燥的烧杯
甲烷燃烧生成水和二氧化碳
甲烷燃烧,发出明亮蓝色火焰,放出热量,烧杯内壁出现水雾。
澄清石灰水变浑浊
(2)迅速把烧杯倒过来,向烧杯内注入少量澄清石灰水,振荡,观察现象。
化学方程式: CH4+2O2 = CO2 + 2H2O
CO2+Ca(OH)2= CaCO3↓+H2O
点燃
将蘸有澄清石灰水的小烧杯罩在火焰上方
甲烷具有可燃性(燃烧发出明亮蓝色火焰)
CH4+2O2 = 2H2O+CO2
注意:点燃甲烷前必须检验纯度
点燃
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!课本P139 典P73
甲烷是最重要的矿物燃料,我国是最早利用天然气的国家,在明朝就有记载。
天然气、沼气、瓦斯、坑气的主要成份:甲烷(CH4)
化石燃料要经过数百万年才能形成,
是不可再的生能源,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?
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。石油资源主要分布在东北、华北、新疆等地。
天然气60%分布在我国的中西部地区(新疆、四川)。
西气东输—将天然气从新疆输送至上海
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:
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。
如果能有效提高煤等化石燃料的燃烧利用率,就相当于延长了化石能源的使用期限。
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。
可燃冰燃烧图
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”。
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。
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?
三、使用燃料对环境的影响
1、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。化石燃料燃烧造成空气污染,主要有以下几方面原因:
燃料中的一些杂质如硫等燃烧时,产生空气污染物如二氧化硫等
燃料燃烧不充分,产生一氧化碳等
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。
煤燃烧时排放出二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)等污染物。这些气体或气体在空气中发生反应后的生成物溶于雨水,会形成酸雨。
SO2
NO2
酸雨
防治酸雨:
使用脱硫煤;用天然气替代煤
酸雨危害:
腐蚀建筑物、使土壤酸化、破坏森林
煤的燃烧
碳元素
硫元素
氮元素
CO 有毒气体
CO2 温室效应
SO2
NO2
酸雨
煤燃烧时生成的SO2和NO2溶于雨水形成酸雨
工厂排出的烟尘污染空气
图7- 35 森林受到酸雨破坏
河流严重污染,死鱼随处漂流
图
7-36雕像受到酸雨腐蚀
1908年
1968年
2、汽车用燃料的燃烧
汽油或柴油燃烧后尾气的污染物有:
一氧化碳CO 、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物(如NO、NO2等)、含铅化合物和烟尘等
归纳总结:煤和石油等化石燃料燃烧造成对空气的污染,主要有哪些方面?
1、燃料中一些杂质(如S、N等)燃烧时,产生空气污染物(如SO2、NO2、NO);
2、燃料燃烧不充分,产生CO;
3、未燃烧的碳氢化合物及碳粒、尘粒等粉尘排放到空气中。
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
2、改进发动机燃烧方式,使汽油充分燃烧;
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
使用压缩天然气燃料的汽车
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。
C2H5OH+3O2 = 2CO2+3H2O
点燃
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
四、能源的利用和开发
氢气
物理性质:无色无味,密度是所有气体中最小,难溶于水。
无毒、热值高、燃烧产物是水,是理想的清洁、高能燃料
(最清洁的燃料)
实验室常用锌粒与稀硫酸制取氢气:
Zn+H2SO4=ZnSO4 +H2 ↑
固液不加热
实验室制取氢气的成本较高。
人类制取氢气最理想的科学设想:
找到某种催化剂,利用太阳光分解海水。
目前,由于氢气的制取技术成本高和储存困难,作为燃料和化学电源暂时还未能广泛应用。
氢气的化学性质
1、可燃性(点燃前要验纯)
2H2 + O2 = 2H2O
点燃
2、还原性
H2 + CuO △ Cu + H2O
现象:
黑色粉末变成红色,试管口有水珠生成
CuO 粉末
碳还原氧化铜或氧化铁
氢气或一氧化碳还原氧化铜或氧化铁
开发其它清洁新能源P145
太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能等
风力发电
太阳能汽车--TOYOTA
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。
煤的干馏
把煤隔绝空气加强热使它分解的过程,叫煤的干馏。在煤分解的过程中,可以生成焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气等。
其中焦炭是冶金工业的重要原料;煤焦油是重要的化工原料,焦炉气中含有甲烷、乙烯、一氧化碳等气体燃料,是重要的燃料;粗氨水可以生产化肥。这样,煤就可以得到综合利用。
石油的分馏
利用石油组分中各物质的沸点不同,将沸点相近的物质分馏出来,制成石油气(液化气)、气油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、沥青等。
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。石油资源主要分布在东北、华北、新疆等地。天然气60%分布在我国的中西部地区(新疆、四川) 。
西气东输—将天然气从新疆输送至上海
谢谢观赏
THANKS
The end