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初中化学燃料的合理利用与开发(1课时)

发布时间:2013-10-02 12:05:56  

课题2 燃料的合理应用与开发
第一课时

湖北省仙桃一中 祝祖洋改编 2012-12

一、化学反应中的能量变化:
实验7-3:生石灰与水反应放出热量





块状变成粉末状 试管外壁发烫

手的感觉 分 析

生石灰与水反应中有热量放出

化学方程式

CaO+H2O==Ca(OH)2

现象 手的感觉 分析

有大量气泡产生 试管壁发烫 镁条与盐酸反应生成氢气, 反应中有热量产生

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。
Mg+2HCl = MgCl2+H2↑ 放出热量 CaO+H2O=Ca(OH)2 C+CO2
高温

放出热量 吸收热量 吸收热量

2CO

CO+CuO===Cu+CO2

?

(一)常见的放热反应和吸热反应
燃烧反应 放热反应

金属与酸的反应
生石灰与水的反应 酸碱中和反应(待学)

吸热反应:通常情况下需要加热或高温条件的反应。 如:

CO2 + C=== 2CO 2KMnO4 === K2MnO4 + MnO2 + O2↑

高温

Mg+2HCl = MgCl2+H2↑ 放出热量 CaO+H2O=Ca(OH)2 C+CO2
高温

放出热量 吸收热量 吸收热量

2CO

CO+CuO===Cu+CO2

?

(二)物理变化中的放热现象和吸热现象
如: 金属的通电(放热) 浓H2SO4的稀释(放热) 摩擦生热 干冰升华(吸热)

(三)化学能在生活中的应用
(1)生活燃料的应用 (2)燃烧热的利用 (3)爆炸产生的能量应用 (4)食物在体内反应产生能量的应用

炼钢

烧砖

发电

开山炸石

煤、石油、天然气是当今世 界上最重要的三大不可再生的化 石燃料。
天然气 石 油



二、化石燃料的利用
(一)化石燃料的形成

植物或植物枯萎后, 被埋于土中,经长期 复杂变化形成煤

动植物的遗骸被层层 沙泥掩埋,经复杂变 化形成石油和天然气

(二)化石燃料的组成、状态及分类
煤 成分 主要含C 物质分类 固态混合物 石 油 天然气 主要含CH4 气态混合物

主要含C、H 液态混合物

“工业粮食” “工业血液”

(三)煤和石油的加工利用
1、煤的干馏(化学变化)
焦炭(固态) 主要成分:C



隔绝空气 加强热

煤焦油(液态)

焦炉煤气(气态) 主要成分:H2、CO、CH4

2、石油的分馏(物理变化)
将石油加热炼制,利用石油中各成分的沸点不同, 将它们分离,可得到不同的产品,使石油得到综合 利用。

煤的干馏

把煤隔绝空气加强热使它分 解的过程,叫做煤的干馏 1.点燃导管尖嘴处,有淡
蓝色火焰燃烧 co 2.用酚酞试纸检验U形管内 上层无色液体,酚酞试 纸变红,说明其中溶有 碱性物质—氨; 3.玻璃管中的烟煤粉最后 变成黑灰色固体物质, 这是焦炭; 4.U形管底部还有还有一种 黑褐色粘稠的油状物生 成,这是煤焦油。

化学变化


石 油 的 根据石油中各成分的沸点不同 炼 来分离。石油的分馏属物理变 制 化 : 分 馏

液化石油气 溶剂油

石油的分馏 炼制

石 油 分 馏 炼 制

汽油 航空煤油 煤油 柴油 润滑油 石蜡 沥青

石油蒸馏是物理变化

.区别煤气、液化石油气、水煤气、天然气 讨论:

种类 煤气 液化石油气 成分 H2、CO、 丙烷、丁烷 CH4 丙烯、丁烯

水煤气 H2、CO

天然气 CH4

1、煤是纯净物还是混合物? 混合物 主要组成元素是什么?还含有哪些少量元素? 碳元素 氢、氮、硫、氧元素 2、煤完全燃烧的产物有哪些? CO2 H 2O NO2 SO2 3、煤气的主要成分有哪些? 氢气、甲烷、一氧化碳、

化学与科技

2、天然气
(1)成分:
天然气的主要成分是甲烷(CH4)(俗称沼气)。

(2)甲烷的物理性质

无色、无味的气体
密度比空气小

极难溶于水

如何验证甲烷的元素组成?
◎实验探究记录:
实 验 步 骤
1. 点燃甲烷 2.将冷而干燥的小烧 杯罩在火焰上

实 验 现 象
产生明亮的蓝色火焰 烧杯内壁出现水珠





甲烷具有可然性 甲烷中含有氢元素

3.向小烧杯中注入澄 清的石灰水,振荡
化学方程式

澄清石灰水变浑浊
点燃

甲烷中含有碳元素

CH4+2O2 == CO2+2H2O

小结:可燃物组成中碳元素和氢元素的鉴定方法

根据燃烧后是否有水和二氧化碳生成。

在实验中烧杯的条件“冷而干燥 ”是实验成败的关键吗?为什么? “冷而干燥”是这个实验成败的关键。 “冷”有利于水汽的凝集, “干燥”可以判断是否有水滴生成。

甲烷燃烧现象1 甲烷燃烧时火焰明亮并呈蓝 色,可以看到,烧杯内壁上有 水滴生成。 说明甲烷中有氢元素

甲烷燃烧现象2 向烧杯内注入澄清石灰水后,发 现烧杯内澄清的石灰水变浑浊。

说明甲烷中有碳元素

甲烷 CH4

CH4+2O2

点燃

CO2+2H2O

沼气的形成

沼气和天然气的主要成分都是甲烷。 天然气是不可再生能源;沼气是可再生能源。

练习
(1)、点燃甲烷前,要先

验纯



CH4 +2 O2 ==== CO2 + 2H2O

(2)、写出甲烷燃烧的化学方程式: 点燃



(3)、请设计一个实验验证甲烷燃烧的产物。 ①、点燃后,用一个干冷的小烧杯罩在

火焰上方,如果烧杯壁有小水珠产生, 则证明有水生成;
②、迅速倒转烧杯,到进澄清石灰水,

震荡,如果石灰水变浑浊,则证明有 二氧化碳生成。

(五)化石燃料是不可再生能源
探明储量
石 油 23亿吨

年产量
1.74亿吨 408亿立方米 9.9亿吨

开采年限

13.2年 54.7年 115. 7年

天然气 2.23×104亿立方米 煤 1145亿吨

讨论: 1、根据数据,估算大约多少年后我国的石油和天然气 将被耗尽? 2、根据估算的结果,谈谈你对化石燃料使用与开发的 看

法。

1、化石能源将近被耗尽时,人类将面临严峻的能源危机 2、新能源的开发与利用 (1)太阳能 (2)氢能 (3)地热能 (4)风能 (5)可燃冰(由甲烷分子与水分子共同组成的笼状 化合物)

可燃冰 ----甲烷水合物

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【阅读】《海底“可燃冰”》 【思考】
1.可燃冰是冰吗?
可燃冰外观像冰,但不是冰,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等其他气体。

2.可燃冰有什么优点?
能量高、燃烧值大等。

3.目前还未大规模使用的原因?
开采技术上还存在困难

可燃冰
主要成分:甲烷水合物 形成:低温和高压条件下形成 ?

“可燃冰”能否替代化石燃料?

? 使用“可燃冰”替代化石燃料 有 什么优点?还存在哪些问 题?

三、使燃料充分燃烧的条件
1、1)使燃料与空气有足够大的接触面积 ①增大固体燃料的表面积(如固体燃料的粉碎、 蜂窝煤的制作) ②将燃料进行气化再使用(如煤的干馏可产生煤 气,石油分馏后使用沸点低的成分作为燃料) 2)燃烧时要有足够多的空气 ①氧气充足可使燃料充分燃烧 ②空气(O2)不是越多越好,过多反而会带走大量 的热量,降低可燃物周围的温度,使燃烧不剧烈, 甚至使可燃物达不到着火点而熄灭。

2、不充分燃烧的弊端是什么?
1)产生的热量减少,浪费资源。

2)会产生大量的一氧化碳等物质污染空气。

1、炼钢炉炼钢时为什么要不停地鼓入空气?
提供充足的空气

2、在篝火燃烧时,木柴为什么不平放在地 上,却要架空?
使木柴与空气有足够的接触面,充分燃烧

3、这两种做法对燃料而言有什么好处?对 环境来说又什么帮助?
使燃料充分燃烧,减少环境污染

煤球

蜂窝煤

燃烧从使用煤球到蜂窝煤,优点是

煤和空气充分接触,能更充分的 燃烧、节约燃料、减少污染

?煤是一种常用的化石燃料,家庭用煤 经过了从“煤球”到“蜂窝煤”的变化, 以前人们把煤粉加工成略大于乒乓球的 球体,后来人们把煤粉加工成圆柱体, 并在圆柱体内打上一些孔(如右图)。 (1)请你分析这种变化的优点是: 使煤与空气的接触面积增 大,燃烧更充分

(2)煤在燃烧时会产生许多污染物,为 了减少煤燃烧时对环境的污染,可设法把 煤转化成清洁的燃料。将水蒸气通过炽热 的煤层可制得较洁净的水煤气(主要成分 是CO和H2),请你写出该反应的化学方程 式 。 C+H2O 高温 CO+H2 (3)煤气厂常在家用水煤气中特意掺人 少量有难闻气味的气体,其目的是

便于及早发现煤气是否泄漏

补充:三种可燃性气体
气体 火焰颜色 燃烧产物 氢气 淡蓝色 H2O 一氧化碳 蓝色 CO2 甲烷 明亮的

蓝色 H2O和 CO2

(1)点燃它们时,都必须要验纯。 (2)区分它们时,不能通过观察燃烧时的火焰颜色, 而要根据燃烧产物来进行判断。

练习:
?

1某气体由氢气、一氧化碳、甲烷中的一种或几种 组成。点燃该气体后,在火焰上方罩一冷而干燥的 烧杯,烧杯内壁出现水雾;把烧杯迅速倒转过来, 注入少量澄清石灰水,振荡,石灰水变浑浊。下列 对气体组成的推断不正确的是B A.可能三种气体都存在 B.可能只有氢气 C.可能是甲烷和一氧化碳的混合气体 D.可能只有甲烷

?

2、下列反应属于吸热反应的是: C A、碳与不充足的氧气反应 B、干冰升华 C、实验室分解高锰酸钾制氧气 D、镁条与稀盐酸反应 3、右图中,有a、b、c、d 四个点,表示可燃物易着火 燃烧的点是 c 点。
t(℃) a c d 着火点 O2浓度

?

b

4、液化石油气及天然气燃烧的化学方程式分别是: 点燃 C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O, 点燃 CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
?

现有一套以天然气为燃料的灶具,要改为以液化石油 气为燃料的灶具,应采取的措施是:(C) A、燃料气和空气的进入量都减小 B、增大燃料气进入量或减小空气进入量 C、减小燃料气进入量或增大空气进入量 D、燃料气和空气的进入量都增大

5、旅游是人们休闲度假的一种方式。请回答下列问题: (1)去高海拔地区旅游,有的人会感到呼吸困难,这时需 氧气 要补充 。 (2)篝火晚会上,常将燃着的木柴架空,其理由 是 增大木柴与空气的接触面积,使燃烧更充分 。 (3)篝火晚会结束时,必须将火熄灭,可采用的一种方法 洒水 是 。 (4)司机在行使汽车过程中若突然闻到焦味儿,发现车头 冒出蓝色或黑色浓烟时,此时司机最应该做的三件事是 (填代码) ②③⑤ ①大声呼救 ②马上停车 ③关闭电源 ④抢救车内财物 ⑤取 出灭火器,给油箱和燃烧部位灭火,避免爆炸 ⑥尽快远离 现场逃生 (5)灭火器是必须随车携带的装备。则车用灭火器最好使 用 干粉 (填“泡沫”或“干粉”)灭火器。

6、草酸是一种无色固体,实验室常用加热使其分解的 方法来制取CO气体,反应的化学方程式为: H 2C 2O 4 CO↑+CO2↑+H2O。下图是制取CO并依次除去 CO2,水蒸气后,用CO还原氧化铜的实验装置。请回答 有关问题。

⑴组装加热草酸制取CO的发生装置必须用到的仪器是 (填编号) ①③④⑤ ①试管②烧杯③酒精灯④铁架台(带铁夹)⑤带导管的橡 皮塞

(2)在甲洗气瓶中应盛放的溶液是 NaOH (填溶质化 学式),乙洗气瓶的作用是 除去水蒸气 ,丁洗气瓶 观察到的现象是 澄清石灰水变浑浊 。 (3)当CuO全部被还原后,停止实验的操作步骤有: ①熄灭气体

发生装置的酒精灯,停止通气体。②熄灭丙装 置的酒精灯。③拆下实验装置。④继续通气体到玻璃管 (丙)冷却。 ②④①③ 正确的操作顺序是 (填编号)。 (4)最后用排水集气法收集到的气体是一氧化碳(填名 称),为了防止该气体污染空气,处理该气体最好的方法 点燃该气体 是 。

7、在学校的元旦联欢会上,某同学表演了“水能生 火”魔术。他向包有过氧化钠(Na2O2)粉末的脱脂棉 上滴水,脱脂棉燃烧起来。小军很兴趣,于是他和同 学们进行探究。

[提出问题]过氧化钠与水反应生成什 么物质?为什么脱脂棉会燃烧? [猜想] ①可能有一种气体和另一种物质生成 ②反应过程中可能有能量变化 [设计装置]如右图所示 [实验探究]实验一:探究反应后生成的气体是什么? ⑴打开右图装置中分液漏斗的活塞,控制滴加水的速度, 观察到试管内有气泡产生,用带火星的木条靠近P处,木 条复燃。说明生成的气体是 氧气 。

⑵实验中,还观察到伸入烧杯中的导管口有气泡冒出, 请解释产生该现象的原因: Na2O2和H2O反应放出热量,使空气膨胀 。 实验二:继续探究反应后生成的另一种是什么? 小张猜想另一种物质是Na2CO3,小军认为不可能。小军的 依据是: 。 根据质量守恒定律,化学前后元素的种类不变, 反应物中没有碳元素,生成物中不可能有 Na2CO3


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