九年级化学（科粤版）上精品学案：5.4古生物的“遗产”——化石燃料

5.4　古生物的“遗产”——化石燃料
1．知道什么是化石燃料，了解化石燃料储量有限，是不可再生能源。
2．认识燃料充分燃烧的重要性，了解化石燃料的燃烧对环境的影响。
3．认识化石燃料综合利用的重要性，知道煤和石油综合利用技术和一些主要产品。
4．认识我国能源短缺的国情，知道使用和开发清洁燃料及绿色能源的重要意义。
1．什么是化石燃料
煤、石油、天然气是当今世界上最主要的三大化石燃料。
(1)化石燃料的形成
煤、石油、天然气都是由古代生物的遗骸经过地层深处高温、高压一系列复杂变化形成的，因而叫做化石燃料。
煤的形成
石油和天然气的形成
化石燃料要经历数百万年才能逐渐形成，是不可再生能源。
(2)化石燃料的组成
化石燃料
重要性
组成
煤
黑色的“金子”
复杂的有机物与无机物的混合物
石油
工业的“血液”
多种碳、氢化合物的混合物
天然气
洁净的气体燃料
主要成分甲烷CH4，是混合物
(3)我国化石燃料的储量和年产量
化石燃料
探明储量
年产量
煤
1
145亿吨
12.4亿吨
石油
32.7亿吨
1.6亿吨
天然气
1.37×104亿立方米
217亿立方米
煤、石油、天然气可供使用的大约年限
【例1】下列说法不正确的是(　　)。
A．煤是古代植物遗体埋在地下，经过一系列非常复杂的变化而形成的，是由有机物和无机物组成的固体混合物
B．石油是古代动植物遗体在地壳中经过非常复杂的变化而形成的一种黏稠状液体
C．天然气是古代植物残体在隔绝空气情况下分解而成的气体
D．煤、石油、天然气储量丰富，取之不尽，用之不竭
解析：化石燃料的储量虽然丰富，但毕竟是有限的，且不可再生，总有一天会被消耗殆尽。
答案：D
2．化石燃料燃烧对环境的污染
化石燃料的使用，给人类带来了很多益处！为什么说也带来了不少的弊端呢？
化石燃料及其产品是一把双刃刀剑，一方面它对人类生产、生活提供了资源和能源；另一方面，它在燃烧过程中会产生各种废气、废渣及余热，造成污染环境，导致地球生态环境变坏。
(1)温室效应：化石燃料中的碳元素燃烧后生成二氧化碳，使大气中二氧化碳浓度增大，造成温室效应。温室效应会导致全球变暖，将可能使两极的冰川融化，海平面升高，淹没部分沿海城市，还会使土地沙漠化、农业减产等。
(3)余热污染：化石燃料燃烧的“余热”被排放到河流、湖泊或海洋中，使局部区域水温升高，严重时会导致水生生物大量死亡。
另外还有炉渣固体废物污染，燃料燃烧不充分会生成有毒的一氧化碳，未燃烧的碳氢化合物及碳粒等排放到空气中也会污染空气。
我知道了！
相对煤、石油，天然气的主要成分甲烷中含碳量较小，燃烧较完全，产物是二氧化碳和水，它对大气的污染较轻，可称为“清洁能源”！
氢气燃烧生成物是水，是最理想能源！
化石燃料燃烧产生的二氧化碳、硫的氧化物、氮的氧化物、炉渣固体废物，以及燃烧不充分会生成一氧化碳，未燃烧的碳氢化合物及碳粒等排放到空气中都会造成环境污染。
【例2】化石燃料的燃烧为人类生活提供便利的同时，也带来许多环境问题。下列化石燃料的燃烧与其带来的环境问题对应正确的是(　　)。
A．炭粒——破坏臭氧层
B．二氧化碳——酸雨
C．二氧化硫——温室效应
D．一氧化碳——使人中毒
解析：炭粒(即黑烟)是可吸入性颗粒物污染，不会破坏臭氧层；二氧化碳是引起温室效应的主要物质，溶于雨水不会形成酸雨，二氧化硫会形成酸雨；一氧化碳有毒，能使人中毒。只有D正确。
答案：D
3．化石燃料的综合利用
化石燃料资源有限、不可再生，直接作燃料，既浪费资源，又造成环境污染。出路何在？
一是从源头上减少化石燃料的燃烧，开发和利用新能源，特别是无污染的“绿色能源”，例如太阳能、风能、水能、地热能、氢能源。
二是积极对环境进行综合治理。
三是重视化石燃料的综合利用。
(1)煤的干馏或炼焦
将煤隔绝空气加强热，称为煤的干馏或炼焦。发生的是化学变化。
煤的干馏
煤焦炭＋煤焦油＋焦炉煤气
(2)石油的分馏
利用石油组分沸点不同，把它加热蒸馏而分开，称为石油的分馏。该变化是物理变化。
石油炼制
现在，在我们日常生活的衣、食、住、行各方面，哪一项能够离开塑料、合成纤维
合成橡胶这三大合成材料呢？其实，它们大部分是石油和煤等化石燃料综合利用的产品。
煤的综合利用
石油的综合利用
(3)西气东输：该工程将天然气从西部地区输送到东部地区，这一工程完成后，我国东部沿海地区就可以用天然气作为主要燃料。
西气东输供气网
【例3】目前，家庭用气体燃料大多是水煤气、天然气、焦炉煤气、液化石油气等。其中，属于石油综合利用的产品是(　　)。
A．水煤气　　　　B．天然气
C．焦炉煤气
D．液化石油气
解析：
A
×
水煤气(氢气、一氧化碳)是由炽热的煤与高温水蒸气反应制取的。
B
×
天然气是一种化石燃料。
C
×
焦炉煤气是煤的干馏产品。
D
√
液化石油气是石油分馏的产品。
答案：D
4．燃料和燃烧方式的比较
(1)【实验59】比较石油常见馏分的某些性质
馏分名称
汽油
煤油
柴油
润滑油
沸点范围
30～160
℃
160～220
℃
220～350
℃
＞350
℃
颜色
无色
微黄色
黄褐色
褐色
流动性
易流动
易流动
较易流动
难流动
燃烧现象
火焰最明亮
火焰明亮
火焰较明亮，带黑烟
火焰不明亮，带大量黑烟
结论：石油馏分的沸点越高，其颜色越深，流动性越差，燃烧时火焰越不明亮、黑烟越多。
(2)【实验510】煤油的燃烧
煤油完全燃烧：火焰明亮，无黑烟产生。原因：在氧气充足的情况下，煤油和空气中的氧气充分反应生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。
煤油不完全燃烧：火焰不明亮，有大量黑烟(炭粒)生成。原因：在氧气不充足的情况下，煤油和空气中的氧气不能充分反应致使一部分煤油不能完全燃烧，生成炭粒。
【例4】天然气、液化石油气燃烧的反应是：
CH4＋O2CO2＋2H2O，
C3H8＋5O23CO2＋4H2O。
现有一套以天然气为燃料的灶具，要改用液化石油气作燃料，应采用的措施是(　　)。
A．减少空气进入量，增大液化气进入量
B．增大两者的进入量
C．增大空气进入量或减少液化气进入量
D．减少两者的进入量
解析：从天然气、液化石油气燃烧的化学方程式分析，相同分子数的气体，液化石油气燃烧消耗的氧分子比天然气多，所以天然气灶具改用液化气为燃料，应增大空气进入量或减少液化气进入量，以保证液化气充分燃烧。
答案：C
5．替代能源和未来能源
(1)最清洁的高能燃料——氢气
氢能源的优点主要表现在：可以由水制取，资源丰富；热值高，燃烧时放热多；生成物是水，没有污染。而氢气的制取和燃烧恰好形成一个良性循环，因此氢气又被称为最清洁的能源。
(2)“未来能源”——可燃冰
可燃冰的学名为“甲烷水合物”，化学式为CH4·H2O，可直接点燃(如下图所示)，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。已探明的储量比煤炭、石油和天然气总储量大几百倍。由于技术问题，可燃冰仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。
【例5】目前，化石燃料是人类生产、生活的主要能源。随着全球能源使用的增长，化石燃料等将日趋枯竭。世界各国人民的节能意识正在日趋增强，科学家也在开发新能源、研制节能产品、提高化学能的转化效率等方面做着积极的努力。下列是目前正在利用和正在开发的部分能源：煤、石油、天然气、太阳能、风能、潮汐能、氢气、“可燃冰”等。完成下列问题：
(1)属于不可再生能源的是__________；
(2)我国“西气东输”工程输送的能源物质是______________；
(3)埋藏于海底，目前开采在技术上还存在很大困难的能源物质是____________；
(4)通过非化学反应产生的是____________。
解析：煤、石油、天然气、“可燃冰”等能源，是古代动植物遗体在地层中发生一系列复杂变化形成的。“西气东输”的“气”就是天然气。“可燃冰”是储藏在海底深处的一种新能源。太阳能是一种核能，而风能和潮汐能则是由于空气和海水流动产生的动能，不属于化学能。
答案：(1)煤、石油、天然气、可燃冰　(2)天然气　(3)可燃冰　(4)太阳能、风能、潮汐能
6．煤的干馏与石油的分馏比较
煤的干馏
石油的分馏
原理
将煤隔绝空气加强热
利用石油中各组分沸点不同，把它加热蒸馏而分开
产品
煤焦油、焦炉煤气、焦炭
石油气、汽油、航空煤油、柴油、润滑油、重油、石蜡、沥青等
类型
化学变化
物理变化
【例6】煤和石油的综合利用体现在下列四个方面，其中属于物理变化的是(　　)。
A．石油的分馏　　　B．煤的液化
C．煤的焦化
D．煤的气化
解析：石油的分馏是利用石油中各成分沸点不同，将其分离，是物理变化；煤的液化或气化是将煤转化为液体或气体燃料，是化学变化；煤的焦化即煤的干馏，也是化学变化。
答案：A
7．燃料完全燃烧的重要性
目前，人类通过化学反应获得的能量，大多来自于化石燃料，而化石燃料的资源有限，是不可再生能源。因此，控制燃烧反应，使燃料充分燃烧，对于节约能源非常重要。如果能提高煤等燃料的燃烧利用率，使燃料完全燃烧，就相当于延长化石燃料的使用期限。
要使燃料完全燃烧通常考虑两点：一是要提供足够多的空气，如鼓入空气、使用富氧空气、使用纯净氧气等；二是要使燃料与空气有足够大的接触面，如把固体燃料碾成粉末或制成蜂窝煤状或气化、液化，液体燃料变成雾状再燃烧等。
燃料燃烧不充分时，不仅使燃料燃烧产生的热量减少，浪费资源，而且还会产生大量的一氧化碳、烟尘等有害物质，造成空气污染。
【例7】人类社会的发展离不开能源，能源和环境问题是困扰人类可持续发展的一个重要因素。某市火力发电需消耗大量的煤炭，热电公司技术研究小组改进燃炉结构，适当增加进风量，将炉内煤粉吹起，使之剧烈燃烧。请回答下列问题：
(1)解释这种做法有利于节能的原因是______________________；
(2)这种做法也有利于减排，但还存在的问题是__________________，你的建议是____________________。
解析：改进燃炉结构，适当增加进风量，将炉内煤粉吹起，增大了煤与氧气的接触面积，增加了氧气量，使煤燃烧更充分；但是煤中含有S、N，燃烧不可避免地产生S、N的氧化物等有害气体，不能从根本上解决煤燃烧对环境的污染。减少化石燃料的使用量，开发新能源可降低碳排放，可保护环境，实现可持续发展。
答案：(1)增大了煤与氧气的接触面积，增加了氧气量，使燃料(煤)充分燃烧，提高了燃料的利用率，从而节约了能源　(2)不能从根本上解决煤燃烧对环境的污染，仍然会产生SO2、NO2等有害气体　减少化石燃料的使用量(开发利用新的清洁能源，如太阳能、风能等)
8．关注能源和环境问题
(1)如何解决能源危机？
①节约能源：节约用电；节约用煤；研制节能产品等。
②提高燃料的利用率，改进燃料燃烧设备和技术，使燃料充分燃烧；对燃料进行深加工；对燃料进行综合利用，如煤的干馏、煤的气化、石油的分馏等。
③寻找替代能源：如酒精、氢能源、可燃冰等。
④开发和利用新能源：如太阳能、核能、氢能、风能、地热能、潮汐能等。
(2)如何减少环境污染？
①燃烧低硫优质煤，或是采用燃料脱硫技术，可减少SO2的排放，防止酸雨的危害。
②尽量使化石燃料完全燃烧，防止一氧化碳污染和烟尘污染。
③植树造林，吸收二氧化碳，净化环境，防治温室效应。
④减少化石燃料的燃烧，降低二氧化碳的排放量，防治温室效应。
⑤使用较清洁的能源或绿色能源，如天然气、焦炉煤气、液化石油气、酒精、氢能源等。
⑥开发新能源如太阳能、核能、氢能源、风能、地热能、潮汐能等。
【例8】当走过大庆油田时，你会发现长久都不熄灭的巨大“火炬”，“火炬”产生的黑烟飘向空中(如下图)。其实那是为处理在原油开采过程中释放的燃气而造成的。
看到这一情景，你会想到什么？请从能源和环境两个角度谈谈你的观点。
(1)能源角度_____________________________________________________________；
(2)环境角度_____________________________________________________________。
解析：煤、石油、天然气都是化石燃料，是不可再生能源，其储量有限。从能源角度分析，在石油开采过程中还存在着巨大的能源浪费，应该把这些燃气应用于生产和生活；从环境角度分析，大量的粉尘排放到大气中，燃烧过程中产生的有害气体污染了我们生存的环境。
答案：(1)①将燃气储备输送，直接供给生产、生活的能源，②对燃气加工处理，提高燃料的使用效率，③将燃烧放出的热量进行综合利用
(2)①燃烧产生的有毒、有害气体及粉尘造成空气污染，②燃烧中产生大量二氧化碳气体容易造成温室效应