高中化学主题3合理利用化学能源课题2家用燃料的更新

/高中化学主题3合理利用化学能源课题2家用燃料的更新1．了解固体煤燃烧时产生的有害气体及废渣对环境的影响。(重点)2．了解煤的气化以及各种煤气的化学成分和燃烧时发生的化学反应。(难点)3．了解液化石油气、天然气、沼气的主要化学成分及燃烧时发生的反应。(重点)历史悠久的燃料——煤1.煤的组成2．煤的分类3．煤的应用(1)以煤做家用燃料，一般是烧煤球或蜂窝煤，其主要成分有煤粉、黏土和水。(2)煤是人们在生产中使用的主要固体燃料，目前煤在我国仍为第一能源，约占能源总消耗量的，主要用于火力发电厂、钢铁冶炼厂、煤气厂、炼焦厂等。4．以煤为燃料产生的危害及防治(1)产生大量的固体垃圾。(2)产生大量的CO2、烟尘以及SO2、CO、氮氧化物等有害气体，对环境造成严重污染，燃烧含硫量高的煤，不仅容易引发呼吸系统疾病，还会形成酸雨污染环境。(3)防治与改进：使用之前，对煤进行处理，如煤制成煤水浆或向煤中加入石灰石等方法。5．以煤为原料制成的气体燃料(1)煤的气化定义：通过一定的方法使固体的煤变成气体——煤气的过程。(2)作用：将煤气化后，其热效率提高，并消除了固体垃圾和烟尘的污染。(3)将煤气化，可以制成发生炉煤气、水煤气、干馏煤气等。①发生炉煤气产生的反应方程式2C＋O22CO。②水煤气产生的化学方程式C＋H2O(g)CO＋H2。③煤的干馏：把煤隔绝空气加强热使其分解的过程。干馏煤气是煤干馏的产物之一，也叫焦炉气，其成分有H2、CH4、C2H4、CO等。1．煤和碳有何区别？【提示】(1)碳是单质，煤是混合物；(2)碳燃烧的最终产物只有CO2，煤燃烧的最终产物除CO2外，还有SO2、NOx。使用方便的燃料——液化石油气1.成分：丙烷、丁烷，还有少量的丙烯、丁烯。2．液化石油气主要成分燃烧的化学方程式：C3H8＋5O23CO2＋4H2O、2C4H10＋13O28CO2＋10H2O。2．生活中使用液化石油气时应注意哪些问题？【提示】液化石油气燃烧需要大量空气，空气供应不足，会造成燃烧不完全、发热量少、冒黑烟，还产生有毒的CO气体；当气温较低或气量较少时，不能用火烤气罐底部或将罐倒置过来使用；不能将气罐中的残留物倒入下水道或垃圾道中，否则会产生危险。洁净燃料——天然气和沼气1.天然气(1)主要成分是甲烷。(2)天然气燃烧的化学方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O。2．沼气(1)成分：甲烷，还含有CO2及少量的H2、N2、H2S、CO、水蒸气等。(2)用途：除了用于点灯、做饭、发电外，还可用做农用汽车和拖拉机的燃料。3．燃烧液化石油气的炉灶能否直接用来燃烧天然气？【提示】不能。液化石油气主要成分是丙烷、丁烷，天然气主要成分为甲烷，燃烧时耗氧量不同。液化石油气燃烧耗氧多，若改烧天然气应减少空气进量或加大天然气进量。以煤为原料制成的气体燃料的比较【问题导思】①以煤为原料可以制成几种气体燃料，在组成成分上有何共同点？②以煤为原料，获取三种气体燃料的方式有何不同？③煤气化后的气体燃料做能源物质有何优缺点？【提示】①以煤为原料可以制成发生炉煤气、水煤气、干馏煤气三种气体燃料，它们中都有CO。②煤或焦碳不完全燃烧可获得发生炉煤气；炽热的煤或焦炭与水蒸气反应可获得水煤气；将煤隔绝空气加强热可得干馏煤气。③将煤气化得到的气体燃料燃烧优点：a.洁净无烟尘污染b．热效率高，价格低c．使用方便缺点：a.易燃易爆、容易产生事故b．易引起人体中毒发生炉煤气水煤气干馏煤气(焦炉气)主要成分CO、N2CO、H2H2、CH4、C2H4、CO等获取方式煤或焦炭不完全燃烧烧红的煤或焦炭与水蒸气反应将煤隔绝空气加强热反应2C＋O2eq\o(=====,\s\up14(点燃))2COC＋2O(g)eq\o(=====,\s\up14(高温))CO＋H2复杂反应应用冶金、化工及家用燃料合成氨的原料、气体燃料化工原料气、气体燃料优点①洁净，燃烧不会产生烟尘污染②热效率高、价格低廉③使用方便缺点①易燃易爆，容易发生事故②发生炉煤气、水煤气、干馏煤气易引起人体中毒煤的干馏产物：1．固态物质——焦炭。用途：冶金、制造电石。2．液态物质煤焦油：芳香烃(苯的同系物、萘、蒽)、酚和沥青等。粗氨水：氨和铵盐。用途：可用作氮肥。3．气态物质——焦炉气(H2、CH4、C2H4、CO等)。煤是一种重要的能源和化工原料，据有关知识回答下列问题：(1)有关煤的下列叙述中不正确的是______(填序号)。A．煤是由多种有机物组成的复杂混合物B．煤可以通过多种方式转化成其他原料或燃料C．直接燃煤不仅利用率低而且存在环境污染D．通过煤的干馏可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品E．煤是一种可再生能源(2)城市里使用的家用燃料，现在大多为煤气和液化石油气。煤气的主要成分是一氧化碳和氢气的混合气，它由煤炭与水蒸气反应制得，故又称水煤气。①写出制取水煤气的主要反应的化学方程式：______________________________________________________________。②“煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与煤直接燃烧放出的热量相等”，请列举将煤转化为水煤气作为燃料和煤直接燃烧相比的优点___________________________________________________________。③水煤气不仅是优良的气体燃料，也是重要的有机化工原料。CO和H2在一定条件下可以合成：a.甲醇b．甲醛c．甲酸d．乙酸。试分析当CO和H2按1∶1的体积比混合反应，合成上述________(填序号)物质时，可以满足“绿色化学”的要求，完全利用原料中的原子，实现零排放。【解析】(1)煤是千万年前由植物遗体形成的不可再生能源，是由多种无机物和有机物组成的复杂混合物，直接燃烧煤不仅能源利用率低，而且会产生大量固体废弃物和大气污染物，而综合利用可得到多种化工产品及清洁燃料，故A、E叙述错误。(2)水煤气制备：C＋H2O(g)CO＋H2，生成的CO和H2既可以作为化工原料，也可用做减少污染的清洁燃料，且燃烧充分，便于运输，可使用管道输送。CO和H2按1∶1反应合成物质时，可达到零排放，符合“绿色化学”的要求，则合成的物质的最简式应满足CH2O，则b、d符合。【答案】(1)AE(2)①C＋H2O(g)CO＋H2②减少污染，燃烧充分，方便运输③bd“绿色化学”要求原料中的原子都转移到目标产物中，也就是原子利用率为100%，即原子经济性。1．下列叙述不正确的是()A．煤的气化是将固体煤在一定条件下转化为气态煤的过程B．煤气化的本质是发生了化学变化C．煤经气化加工可提高煤的热效率，还可以减少煤燃烧对环境的污染D．煤气化途径有多种，所得煤气的成分也各不相同【解析】煤气化是通过一定的方法使固体煤变为煤气的过程。煤气不同于煤，故煤气化产生了新物质，是化学变化。煤的气化途径有多种，所得煤气的成分也各不相同。煤气化后变成气体，点燃时燃烧充分，减少了CO的生成，提高了热效率，也减轻了CO对环境的污染。【答案】A液化石油气和天然气、沼气的使用【问题导思】①液化石油气、天然气、沼气的主要成分是什么？它们的最主要用途是什么？②液化石油气和沼气是怎样获取的？沼气做为能源物质、有何优点？【提示】①液化石油气的成分是丙烷、丁烷及少量的丙烯和丁烯。天然气和沼气的主要成分都是CH4。它们的最主要用途是做燃料。②液化石油气是通过给丙烷、丁烷等气体增压使之变为液体而获取的，沼气是工农业有机废渣、废液经无氧发酵而获取的。沼气做为能源物质的优点是热值高且可改善农村卫生状况。1．液化石油气(1)成分：丙烷、丁烷以及少量的丙烯和丁烯。(2)制备：利用丙烷、丁烷的性质，增加压力就能将其变为液体。(3)燃料的燃烧：C3H8＋5O23CO2＋4H2O；C4H10＋O24CO2＋5H2O2．天然气和沼气在当今已开发和利用的燃料中，最洁净的是天然气和沼气。(1)天然气：CH4＋2O2CO2＋2H2O(2)沼气：①沼气的主要成分是甲烷，还含有二氧化碳及少量的氢气、氮气、硫化氢、一氧化碳、水蒸气等。②沼气的优点和用途a．沼气发热值较高，除了用于点灯、做饭、发电外，还可用做农田汽车和拖拉机的燃料。b．使用沼气作为家用燃料，可大大改善农村卫生、生活环境。③沼气的生产生产沼气的原料来源广泛，主要有人畜粪便、动植物遗体、工农业有机物废渣和废液等。它们在一定温度、湿度、酸度和缺氧的条件下，经厌氧微生物的发酵作用即可生产出沼气。(1)家用液化石油气的主要成分之一是丙烷，若一瓶液化气瓶中装有15kg液化气且全部是丙烷，试写出其完全燃烧时的化学方程式，并计算完全燃烧所需要的空气体积(标准状况下)(氧气占空气体积的21%)。(2)已知有如下反应：2CO＋O22CO2,2H2＋O22H2O，CH4＋2O2CO2＋2H2O①根据以上化学方程式判断：燃烧相同体积的管道煤气(主要成分为CO、H2和少量烃类)和天然气(主要成分为CH4)，消耗空气体积较大的是________，因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改造方法是进风口________(填“增大”或“减小”)，如不作改进可能产生的不良结果是________。②管道煤气中含有的烃类，除甲烷外，还有少量乙烷、丙烷、丁烷等，它们的某些性质见表：乙烷丙烷丁烷熔点/℃－183.3－189.7－138.4沸点/℃－88.6－42.1－0.5试解释严寒的冬季有时管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因：______________________________________________________________________________________________________________________________。(3)沼气的应用解决了农村的燃料问题，也改善了农村的环境卫生。①沼气燃烧的化学方程式为______________________________________。②下列说法正确的是(填序号)________。a．把秸秆、杂草等废弃物放在密闭池中发酵可以产生沼气b．沼气的应用对解决农村燃料问题、改善环境有重要意义c．沼气的主要成分是甲烷d．点燃沼气与空气的混合气体可能发生爆炸【解析】(1)C3H8＋5O23CO2＋4H2O1mol112LVV(O2)＝3.82×104L氧气占空气体积的21%，则V(空气)＝1.82×105L。(2)由方程式可知CO、H2的耗氧量小于等体积的CH4的耗氧量，故改造时应增加空气进气量，否则燃烧不完全易产生大量黑烟。由题目提供的熔沸点可知丁烷沸点高、易液化，造成气体量减少。(3)①沼气的主要成分是CH4，其燃烧方程式：CH4＋2O2CO2＋2H2O。②由沼气的制备、成分及意义即可作答。【答案】(1)C3H8＋5O23CO2＋4H2O1.82×105L(2)①天然气增大燃烧不充分产生黑烟②冬天气温低，丁烷等容易液化(3)①CH4＋2O2CO2＋2H2O②abcd2．天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大。下列是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤相比较，天然气是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是()A．只有① B．只有②C．①② D．①②③【解析】等质量的CH4和CO2，CH4的物质的量大，产生的CO2多，故温室效应大；燃烧天然气不会产生酸雨。【答案】C1．有关水煤气和干馏煤气的成分说法正确的是()A．含有完全相同的成分B．成分虽然不同，但都有CH4C．成分不同，水煤气含有CH4D．成分不同，水煤气为CO和H2，干馏煤气主要成分为H2、CO、C2H4、CH4【解析】水煤气是烧红的煤与水蒸气反应得到的气体混合物，C＋H2OCO＋H2，主要成分为CO和H2。干馏煤气是煤干馏过程中产生的气体物质，主要成分为H2、CH4、C2H4、CO等。【答案】D2．下列说法中正确的是()A．煤是纯净物B．煤燃烧时，产生大量的二氧化硫、氮氧化物和烟尘等污染物C．煤是以单质碳为主的简单混合物D．以煤为主要原料，可以加工成高级液化石油气【解析】煤是由多种有机物和无机物组成的复杂混合物，煤燃烧会产生大量的污染物，生产高级液化石油气的原料是石油而不是煤。【答案】B3．我国做为发展家，首先提出了控制温室气体排放的措施和近期指标，充分体现了“善待地球，科学发展”的主题。下列不符合这一主题的是()A．发展循环经济，构建资源节约型社会B．加高工厂的烟囱，使烟尘和废气远离地表，减少污染C．减少或不使用对大气臭氧层起破坏作用的氟氯烃D．采用“绿色化学”工艺，建立环境友好型化工体系【解析】B项，加高工厂的烟囱，不能消除烟尘和废气，烟尘和废气仍在大气中，故不符合“善待地球，科学发展”这一主题。【答案】B4．下列叙述中错误的是()①点燃甲烷不必进行事先验纯②甲烷燃烧能放出大量的热，所以是一种很好的气体燃料③煤矿的矿井要注意通风和严禁烟火，以防爆炸事故发生④在空气中