第7单元课题2燃料的合理利用与开发.ppt

7.2  燃料的合理利用与开发一、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实验 在一支试管中加入一小匙干燥的生石灰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（或几小块食品袋中的干燥剂，主要成分 是是CaOCaO），再加入约），再加入约2mL2mL水，观察现象，水，观察现象， 并用手轻轻触碰试管外壁。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） 手的感觉手的感觉 热（或烫手） 分析分析 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、天然气煤、石油、天然气是不可再生能源！是不可再生能源！煤煤的主要成分是的主要成分是碳元素碳元素，还含有少量，还含有少量HH、、NN、、SS、、OO等元等元 素及无机矿物素及无机矿物 煤是复杂的混合物 煤 隔绝空气隔绝空气加加强热强热 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） 煤气主要煤气主要 成分：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。轿车燃料轿车燃料 飞机燃料飞机燃料 煤油炉燃料煤油炉燃料 拖拉机燃料拖拉机燃料 轴承轴承 蜡烛蜡烛 铺路材料铺路材料 工业清洗、防锈油工业清洗、防锈油给石油加热，给石油加热， 组成石油的组成石油的 各物质的沸各物质的沸 点不同，点不同，它它 们们就会被先就会被先 后后蒸馏蒸馏出来出来 而得到而得到分 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 （（11））点燃从导管放出的点燃从导管放出的 甲烷，甲烷，在火焰的上方罩一在火焰的上方罩一 个个冷而干燥的烧杯的烧杯 甲烷燃 烧生成 水和二 氧化碳 甲烷燃烧，发出甲烷燃烧，发出明明 亮蓝色火焰，放出亮蓝色火焰，放出 热量，热量，烧烧杯内壁杯内壁出出 现现水雾水雾。。 澄清石灰水澄清石灰水 变浑浊变浑浊 （（22）迅速把烧杯倒过来，）迅速把烧杯倒过来， 向烧杯内注入少量向烧杯内注入少量澄清澄清 石灰水石灰水，，振荡振荡，观察现，观察现 象。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将蘸有澄清石灰水的小烧杯 罩在火焰上方罩在火焰上方甲烷具有可燃性（燃烧发出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。等地。石油资源主要分布在东北、华北、新疆等地。 天然气天然气60%60%分布在我国的中西部地区（新疆、四川）。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 约约14.914.9年年 约约37.737.7年年 约约106.9106.9年年（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 煤煤燃烧时生成的燃烧时生成的SOSO22和和NONO22溶于雨水形成溶于雨水形成酸雨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CC22HH55OHOH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。 CC22HH55OH+3OOH+3O2 2 = 2CO= 2CO22+3H+3H22OO点燃点燃 乙醇在空气中燃烧时放出大量的热，可用作酒精灯、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。火锅、内燃机等的燃料。 ““绿色绿色””能源能源四、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利用石油组分中各物质的沸点不同,,将沸点相近的物质分将沸点相近的物质分 馏出来馏出来,,制成石油气制成石油气((液化气液化气))、气油、煤油、柴油、润滑油、、气油、煤油、柴油、润滑油、 石蜡、沥青等。石蜡、沥青等。 我国化石燃料资源分布状况  分布不平衡分布不平衡 煤炭资源煤炭资源主要分布在主要分布在山西、内蒙古、河北、山山西、内蒙古、河北、山 东东等地。等地。石油资源石油资源主要分布在主要分布在东北、华北、新疆东北、华北、新疆等等 地。地。天然气天然气60%60%分布在我国的分布在我国的中西部中西部地区（新疆、四地区（新疆、四 川）川） 。。  西气东输—将天然气从新疆输送至上海