2020_2021学年新教材高中化学研究与实践：了解车用能源课件新人教版必修2

1、研究与实践:了解车用能源 (针对教材P40“研究与实践”) 【材料阅读材料阅读】 材料一材料一 汽车燃料的发展历史汽车燃料的发展历史 汽车燃料的发展随着能源时代而变迁汽车燃料的发展随着能源时代而变迁, ,可以分为可以分为3 3个阶段个阶段, ,从燃油汽车从燃油汽车替替 代燃料汽车代燃料汽车( (燃气汽车、掺混燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、电动汽燃气汽车、掺混燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、电动汽 车车)燃料电池汽车。燃料电池汽车。 1.1.燃油汽车阶段。以汽油和柴油为发动机的驱动力燃油汽车阶段。以汽油和柴油为发动机的驱动力, ,燃料能耗高燃料能耗高, ,汽车尾汽车尾 气排放有氮氧化物

2、、含硫化合物和二氧化碳等气排放有氮氧化物、含硫化合物和二氧化碳等, ,是造成城市雾霾的主要原因之是造成城市雾霾的主要原因之 一。一。 2. 2.替代燃料汽车阶段。使用替代车用汽油和柴油的汽车。这种替代燃料替代燃料汽车阶段。使用替代车用汽油和柴油的汽车。这种替代燃料 汽车分为汽车分为5 5种类型种类型: :燃气汽车、掺混燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、燃气汽车、掺混燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、 电动汽车。电动汽车。 3.3.燃料电池汽车阶段。将车载燃料电池所产生的电力用作动力的汽车。燃料电池汽车阶段。将车载燃料电池所产生的电力用作动力的汽车。 燃料电池直接将化学能转化为电能而不经过热

3、能这一中间环节燃料电池直接将化学能转化为电能而不经过热能这一中间环节, ,因而效率高。因而效率高。 材料二材料二 汽车常见燃料燃烧产物及热值汽车常见燃料燃烧产物及热值 氢气、甲烷氢气、甲烷(CH(CH4 4) )、辛烷、辛烷( (汽油的主要成分汽油的主要成分, ,化学式为化学式为C C8 8H H18 18) )、乙醇 、乙醇(C(C2 2H H5 5OH)OH) 均可作为汽车的燃料均可作为汽车的燃料, ,燃烧的化学方程式分别为燃烧的化学方程式分别为 2H 2H2 2+O+O2 2 2H2H2 2O O CH CH4 4+2O+2O2 2 COCO2 2+2H+2H2 2O O 2C 2C8

4、8H H18 18+25O +25O2 2 16CO16CO2 2+18H+18H2 2O O C C2 2H H5 5OH+3OOH+3O2 2 2CO2CO2 2+3H+3H2 2O,O, 点燃点燃 = 点燃点燃 = 点燃点燃 = 点燃点燃 = 1 1千克氢气、甲烷千克氢气、甲烷(CH(CH4 4) )、辛烷、辛烷(C(C8 8H H18 18) )、乙醇 、乙醇(C(C2 2H H5 5OH)OH)完全燃烧放出热量分完全燃烧放出热量分 别为别为142 500 kJ142 500 kJ、55 643.74 kJ55 643.74 kJ、46 100 kJ46 100 kJ、30 200 k

5、J30 200 kJ。 材料三材料三 汽车发展史汽车发展史 17691769年年, ,法国人法国人NJNJ居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车, ,其其 能量转换方式为化学能能量转换方式为化学能( (物质燃烧物质燃烧)内能内能( (蒸汽蒸汽)机械能机械能( (车轮运动车轮运动););整个蒸整个蒸 汽机装置既笨重又庞大汽机装置既笨重又庞大, ,热效率难以提高热效率难以提高, ,工作过程是不连续的工作过程是不连续的, ,蒸汽的流量受蒸汽的流量受 到限制到限制, ,限制了功率的提高限制了功率的提高, ,燃料燃烧时对环境造成较大污染。燃料燃烧时对环境造成较大

6、污染。 德国人卡尔德国人卡尔本茨于本茨于18851885年年1010月研制成功了世界第一辆内燃机汽车月研制成功了世界第一辆内燃机汽车, ,从能从能 量转化的角度来看量转化的角度来看, ,内燃机是把内能转化为机械能的机器内燃机是把内能转化为机械能的机器, ,内燃机的效率不高内燃机的效率不高, , 主要原因是它在工作过程中主要原因是它在工作过程中, ,汽车尾气带走了许多内能汽车尾气带走了许多内能, ,形成能量的损耗。且形成能量的损耗。且 燃料燃烧时排放的尾气对空气造成较大污染。燃料燃烧时排放的尾气对空气造成较大污染。 随着科技水平的发展随着科技水平的发展,2013,2013年年2 2月份月份, ,

7、世界第一辆量产版氢燃料电池车现代世界第一辆量产版氢燃料电池车现代 ix35 FCVix35 FCV正式下线。氢燃料电池是最环保的汽车正式下线。氢燃料电池是最环保的汽车, ,可完全实现零排放可完全实现零排放, ,加上加加上加 氢时间短氢时间短, ,续航长续航长, ,它极有可能是未来汽车发展的主要途径。它极有可能是未来汽车发展的主要途径。 【思考提升思考提升】 1.1.根据材料二根据材料二, ,如果使用内燃机汽车如果使用内燃机汽车, ,你认为选择哪种燃料较好你认为选择哪种燃料较好? ?为什么为什么? ? 提示提示: :氢气。氢气用作汽车燃料有三个优点氢气。氢气用作汽车燃料有三个优点:(1):(1)

8、氢气燃烧后的产物是水氢气燃烧后的产物是水, ,不会不会 造成环境污染造成环境污染;(2);(2)可循环使用可循环使用: :地球地球70 %70 %被海洋覆盖被海洋覆盖, ,以水为原料制取氢气用以水为原料制取氢气用 之不竭。之不竭。(3)(3)热值高热值高: :等质量氢气燃烧产生的能量远高于甲烷、辛烷、乙醇等等质量氢气燃烧产生的能量远高于甲烷、辛烷、乙醇等 其他燃料。其他燃料。 2.2.氢气用作汽车燃料存在哪些不足氢气用作汽车燃料存在哪些不足? ?最理想的制氢方法是什么最理想的制氢方法是什么? ? 提示提示: :目前制造氢气的成本太高目前制造氢气的成本太高, ,且氢气不容易储存和运输且氢气不容易

9、储存和运输, ,也是需要解决的难也是需要解决的难 题。寻找合适的光分解催化剂题。寻找合适的光分解催化剂, ,利用太阳能分解水制氢气是最理想的制氢方法。利用太阳能分解水制氢气是最理想的制氢方法。 3.3.从能量转化利用及环保的角度从能量转化利用及环保的角度, ,分析从蒸汽机汽车到内燃机汽车再到燃料电分析从蒸汽机汽车到内燃机汽车再到燃料电 池汽车池汽车, ,车用能源出现了什么进步车用能源出现了什么进步? ? 提示提示: :从燃料的能量利用率来看从燃料的能量利用率来看, ,燃料电池汽车远高于内燃机汽车与蒸汽机汽燃料电池汽车远高于内燃机汽车与蒸汽机汽 车车; ;从环保角度来看从环保角度来看, ,燃料电

10、池汽车能实现零污染或超低污染排放燃料电池汽车能实现零污染或超低污染排放, ,而其他两种而其他两种 汽车排放的气体会严重污染空气。车用能源的发展向着无污染、效率高的方汽车排放的气体会严重污染空气。车用能源的发展向着无污染、效率高的方 向发展。向发展。 【迁移应用迁移应用】 被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池, ,在汽车工业中有着长远的在汽车工业中有着长远的 发展前景。燃料电池汽车采用的燃料是装在特别的高压储罐中的液氢发展前景。燃料电池汽车采用的燃料是装在特别的高压储罐中的液氢,“,“吃氢吃氢 排水排水”。如图为氢氧燃料电池的结构示意图。如图为

11、氢氧燃料电池的结构示意图, ,电解质溶液为电解质溶液为KOHKOH溶液溶液, ,电极材料电极材料 为疏松多孔的石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料为疏松多孔的石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料 电池时电池时, ,便可在闭合回路中不断地产生电流。便可在闭合回路中不断地产生电流。 试回答下列问题试回答下列问题: : (1)(1)该电池工作时该电池工作时, ,是否产生蓝色的火焰是否产生蓝色的火焰? ? 提示提示: :燃料电池工作时燃料和氧化剂并不直接接触燃料电池工作时燃料和氧化剂并不直接接触, ,所以不会产生火焰。所以不会产生火焰。 (2)(2)电池工作时电池工

12、作时, ,电子由电子由_极流向极流向_极。极。 提示提示: :负正。所有电池工作时负正。所有电池工作时, ,电子都是从负极移向正极。电子都是从负极移向正极。 (3)(3)燃料电池的优点是燃料电池的优点是_;_;电解质溶液中的电解质溶液中的OHOH- -移向移向_ ( (填填“负负”或或“正正”) )极。极。 提示提示: :能量利用率高能量利用率高, ,绿色无污染负。因为是氧气和氢气的燃料电池绿色无污染负。因为是氧气和氢气的燃料电池, ,产物为产物为 水水, ,并且氧气和氢气的燃烧放出的热量高并且氧气和氢气的燃烧放出的热量高, ,所以燃料电池的优点是能量利用率所以燃料电池的优点是能量利用率 高高, ,绿色无污染。根据原电池工作原理绿色无污染。根据原电池工作原理, ,在电解质溶液中在电解质溶液中, ,阴离子向负极移动阴离子向负极移动, , 阳离子向正极移动。阳离子向正极移动。 (4)