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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
【学习目标】
1、了解化石燃料是人类重要的自然资源,对人类生活起着重要作用;
2、掌握石油炼制出的几种主要产品及其用途。
3、了解化学反应中的能量变化,认识燃料充分燃烧的重要性。
【课前预习】
1.“减污”、“降碳”是 2021 年生态环保的关键词。下列做法不利于生态环保的是
A.加大燃煤发电,以应对电力不足B.工业废水处理达标后再排放C.整治关闭部分生猪养殖场D.减少私家车的出行
2.下列反应中,由电能转化为化学能的是
A.煤燃烧 B.光合作用 C.利用电灯照明 D.水电解
3.近年来,我国不少城市和地区雾霾天气增多。雾是水蒸气,本身无污染;霾由细小颗粒物组成,主要来源是热电排放、化工生产、汽车尾气以及地面灰尘等。雾霾侵蚀着人们的健康,严重影响人们的生活和出行。下列治理雾霾的措施中,不可行的是
A.调整能源结构B.控制车辆使用C.加强城市绿化D.关闭厂矿企业
4.下列说法正确的是
A.分离液态空气法制氧气利用了液氮、液氧的密度不同B.催化剂能改变化学反应速率,但本身的质量和性质在反应前后都不变C.干电池工作时化学能转化为电能D.面粉、蔗糖灼烧后都变成炭黑,说明它们是相同的物质
5.下列推理或分析正确的是
A.作为燃料的物质一定具有可燃性,硫具有可燃性,所以硫可以作为燃料B.分子是保持物质化学性质的最小微粒,所以水的化学性质由水分子保持C.由于铁容易生锈,所以自然界中铁元素的质量会不断减少D.化学变化都伴随着能量的变化,所以有能量变化的过程一定是化学变化
【课前预习】答案
1.A
2.D
3.D
4.C
5.B
“不见炊烟起,但闻饭菜香。”现在很多地方的村民家用沼气代替了柴草做饭,告别了传统的“烟熏火燎”。你知道沼气的成分是什么吗?沼气是怎么产生的吗?
新课导入
燃烧向外界放热
一、化学反应中的能量变化:
现 象
手的感觉
分 析
化学方程式
块状变成粉末状
试管外壁发烫
生石灰与水反应中有热量放出
实验7-3:生石灰与水反应放出热量
CaO+H2O==Ca(OH)2
现 象
手的感觉
分 析
有大量气泡产生,金属溶解
试管外壁发热
镁与盐酸反应发热
探究【实验】镁与盐酸反应
笔记
Mg+2HCl=MgCl2+H2
化学反应一般都会伴随能量的变化,主
要表现为热量的变化。有的化学反应要放出热量,有的要吸收热量。
CaO+H2O=Ca(OH)2
C+CO2 2CO
高温
Mg+2HCl = MgCl2+H2↑
放出热量
放出热量
吸收热量
CO+CuO===Cu+CO2
吸收热量
应用实例:
利用化学反应产生的能量______、______、
__________、__________、_____________、
___________、___________、___________、
____________.
做饭
取暖
发电
烧制陶瓷
冶炼金属
发射火箭
开矿采煤
开山炸石
拆除危旧建筑
炼钢
烧砖
发电
开山炸石
目前人们通过化学反应获得的能量,大多来自于化石燃料,化石燃料燃烧对于人类非常重要。
思 考
化石燃料有哪些?它们是怎么形成的?
世界能源的主要来源
天然气20%
煤 35%
石油 40%
二、化石燃料的利用:
化石燃料:是古代生物的遗骸经一系列复杂变化
而形成的。煤,石油,天然气称为当今世界上最
重要的三大化石燃料。它们是不可再生能源。
1、煤和石油:
煤:是古代植物遗体在地层下经过一系列复杂变
化而形成的。煤是一种复杂的混合物。主要含有
C元素,还含有H、S、O、N等元素。
石油:是古代动植物遗体在地层下经过非常复杂
变化而形成的一种粘稠液体。它是由多种
物质组成的混合物。主要含有C、H元素,
还含有S、O、N等元素。
将煤隔绝空气加强热,可分解得到许多有用的物质,如焦炭、煤焦油、煤气等。这些物质都是重要的工业原料和燃料。使煤得到了综合利用。
煤、石油的加工和综合利用:
石油分馏:根据石油中各种成分的沸点不同,将它们分离 ,得到如:汽油、煤油、柴油等,使石油得到综合利用。
下图是石油炼制后的主要产品:
提示:
煤气的主要成分是:
一氧化碳、甲烷、
氢气等。
石油液化气的主要成
分是:
丙烷,丁烷,丙
烯和丁烯等。
天然气主要是由碳和氢组成的气态化合物,其中主要的是甲烷(CH4)。
(1)甲烷的物理性质
①通常状况下为无色、
无味、气体
②难溶于水
③比空气轻
2.天然气
实验验证
设计实验:如何验证甲烷燃烧的产物是水和二氧化碳?
(2)甲烷的化学性质
[演示实验]点燃纯净的甲烷气体,观察火焰的颜色
(可燃性)
注意:在点燃甲烷前要检验纯度
(火焰明亮并呈蓝色)
CH4+2O2 ===== CO2+2H2O
点燃
现象:产生明亮的蓝色火焰,放出大量的热,
在火焰上方罩一个干冷的烧杯,烧杯内壁有水珠产生,同时生成的另一种气体能使澄清的石灰水变浑浊。
甲烷的存在
(1)甲烷还存在于池沼的底部(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。
(3)生活垃圾、动植物残体、动物的排泄物等经过发酵也能产生甲烷。
沼气池
沼气的制取和利用
化石燃料形成的时间非常长,储量有限。化石
燃料属于不可再生能源。人类目前消耗的能量主要
来自化石燃料。
在不久的将来,我们将面临严重的能源危机!
目前人类所使用的能源主要取自化石燃料,它们经历了上亿年的时间才得以形成,因此不可再生。
按照目前全世界对化石燃料的消耗速度计算,这些能源可供人类使用的时间大约还有多少年?
3.合理利用与开发化石能源
使燃料充分燃烧需考虑两点:
(1)燃烧时有足够多的空气
(2)燃料与空气有足够大的接触面
使用燃料时,若燃料不能充分燃烧,易产生黑烟,CO等物质,使燃料的利用率降低,浪费资源,污染空气,所以控制燃烧反应,使燃料充分燃烧,对于节约能源非常重要。
可燃冰:外观像冰,主要含有甲烷水合物(由甲烷分子和水分子组成),还含有少量二氧化碳气体。能像固体酒精一样直接点燃,被形象地称为“可燃冰”。
2017年5月18日,我国首次海域可燃冰试采成功,实现了历史性突破。
三、使用燃料对坏境的影响:
1.煤的燃烧
思考1:煤中主要含哪种元素,可能还含哪些元素?
碳元素
硫元素
氮元素
CO 有毒气体
CO2 温室气体
SO2
NO2
酸雨
思考2:这些元素燃
烧后生成哪些物质?
酸雨危害的模拟实验
加入物质 现象
水 SO2加水
植物叶子
锌粒
大理石
叶子由绿色变黄色
有气泡放出,锌粒逐渐溶解
开始有少量气泡放出,
大理石逐渐溶解
变化缓慢
无变化
无变化
无变化
活动与探究:
向一个空集气瓶和一个充满SO2的集气瓶中各加入少量
水。分别将表中所列物质放入上述两种液体中,观察现象。
根据上述活动探究说明酸雨可能对环境造成哪些破坏?
影响农作物生长
破坏森林
腐蚀建筑物
腐蚀文物雕塑
影响人体健康
讨论
工厂排出的烟尘污染空气
酸雨破坏,枝枯叶败
雕像受酸雨腐蚀,六十年沧桑变化
1908年 1969年
2、化石燃料造成对空气的污染,主要有以下原因:
(1).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;
(2).燃料燃烧不充分,产生一氧化碳;
(3).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。
3.汽车用燃料对空气的污染:
汽车使用的燃料主要是汽油或柴油。
燃烧产生的尾气是:
一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、含铅
化合物和烟尘等。
使用压缩天然气[CNG]燃料的汽车
液化石油气[LPG]汽车加气站
四、能源的利用和开发:
乙醇
化学式
燃烧反应的化学方程式
特 点
来 源
C2H5OH
燃烧产物基本上不污染环境,可做
酒精灯、火锅、内燃机等的燃料 。
高粱、玉米和薯类等经过发酵、
蒸馏可得乙醇,属于可再生能源
俗称:酒精
1、乙醇
氢气
化学式
燃烧反应的化学方程式
特 点
来 源
H2
燃烧产物无污染,是最清洁的燃料
氢气可由水分解制得
2、氢气:
氢气的实验室制法:
反应原理:
排水法收集氢气
向下排空气法收集氢气
反应药品: 锌粒和稀硫酸。
讨论
1.回忆做过的电解水的实验,写出电解水的化学方程式.
2.电解水和用锌与稀硫酸反应都可以得到氢气.如果将氢气作为燃料广泛应用,你认为用这两种方法制氢气切实可行吗 为什么
小结:目前氢气作为燃料暂不能广泛使用,原因是:制取成本高,贮存困难,但终将成为主要能源之一 .
新能源的种类有太阳能、核能、风能、地热能、生物质能、潮汐能等。
开发新能源的作用:解决化石能源枯竭,减少环境污染。
3、开发和利用其它新能源:
利用不同形式的
能量发电示意图
学完本课题你应该知道
4、化石燃料燃烧可能对环境有不良影响,应选择使用不
污染环境或对环境污染小的燃料。在化石燃料中,天
然气是比较清洁的燃料。
5、化石燃料面临被耗尽的危险,应合理开采,使用和开
发化石燃料以外的清洁燃料,综合利用资源和开发新
能源具有重要意义。
1、物质发生化学反应的同时,伴随着能量的变化,通常
表现为热量变化,即有放热现象或吸热现象发生。
2、化石燃料包括石油、煤、天然气等,是重要的能源。
3、是使燃料充分燃烧通常考虑两点:一是燃烧时要有足
够的氧气;二是燃料与空气要有足够大的接触面。
【课后练习】
1.下列物质在空气中燃烧,产物一定不会污染空气的是
A.硫 B.红磷 C.氢气 D.煤
2.推理是学习化学的一种重要思维方式。以下推理正确的是
A.化学变化伴随着能量的变化,则有能量变化的一定是化学变化
B.化合物是由不同种元素组成的,所以由不同种元素组成的物质一定是化合物
C.离子是带电的原子或原子团,所以带电的粒子一定是离子
D.蜡烛燃烧生成二氧化碳和水,则蜡烛组成中一定含有碳元素和氢元素
3.“绿水青山就是金山银山”“两山”理念指引中国经济社会绿色变革已成为全 社会的共识和行动,下列做法不符合绿色化学概念的是
A.工厂废水处理达标后再排放 B.随地燃烧玉米秸秆
C.尽量乘坐公共交通出行 D.开发新能源替代化石燃料
4.下列变化产生的热量来源于化学变化的是
A.点燃天然气做饭 B.LED灯通电发热
C.用充气筒充气时筒壁发热 D.太阳能热水器产生热水
5.下列有关资源与能源的说法正确的是
A.化石燃料是不可再生能源,我们要积极开发与利用
B.从环境保护的角度看考虑,可燃冰是最理想的燃料
C.目前人们正在利用和开发水能、电能、太阳能等新能源
D.使用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
6.天然气是三大化石燃料之一,主要成分是甲烷,已知甲烷(CXHY)相对分子质量为16,请回答:
(1)写出甲烷的化学式____。(2)甲烷充分燃烧生成二氧化碳和水,请写出该反应的化学方程式_______。
(3)将甲烷和氢气的混合气体5.0g在足量的氧气中充分燃烧,生成2.2g二氧化碳,则原混合气体中氢气的质量为_______。
7.南海诸岛自古以来就是中国领土,南海蕴藏着丰富的石油、天然气等资源。
(1)化石燃料有石油、天然气和____。天然气在充足的氧气中燃烧的化学方程式为________,天然气不完全燃烧会产生的一种有毒气体是____。(2)化石燃料属于_________能源(填“可再生”或“不可再生”)。
8.能源、环境问题是全球关注的热点问题。
(1)化石燃料有煤、石油和______等。写出所填燃料燃烧的化学方程式______。(2)燃煤发电时,将煤块粉碎成煤粉,其目的是______。(3)汽车燃料由汽油改用乙醇汽油,使用乙醇汽油的优点有______(答一条即可)。
9.人与自然和谐共存,保护自然环境,人人有责。试回答:
(1)保护水资源就是保护我们的生命之源。自来水厂通常用高铁酸钾(K2FeO4)作为净水剂和消毒剂来处理天然水。在高铁酸钾中,铁元素的化合价是______。(2)汽车尾气(含有CO、SO2与NO2等物质)是城市空气污染物,请你写出一条防治空气污染的有效措施______。(3)我国生活饮用水卫生标准规定,饮用水(包括自来水)中含有铁、锰、铜、锌、钙等多种矿物质。这里的铁、锰、铜、锌、钙等是指____(填“分子”“原子”或“元素”)。
10.依据所学知识回答问题
(1)从组成角度看:水是由_______组成的,世界上形形色色的物质都是由一百余种元素经过不同组合而形成的。(2)从变化角度看:化学变化不但生成新物质而且还伴随能量变化。
水通电分解生成未来最理想的能源氢气,是将_______能转化为化学能,但该方法不节能,需要寻找更为有效的节能方法,以促进水的分解;
【课后练习】答案
1.C 2.D 3.B 4.A 5.D
6.(1)CH4(2) (3)4.2g
7.(1) 煤 一氧化碳CO (2)不可再生
8.(1)天然气 (2)增大与氧气接触面积,使其充分燃烧(3)减少有害气体排放,环保
9.(1)+6(2)减少化石燃料的使用、积极开发新能源(3)元素
10.(1)氢元素和氧元素(2) 电