秋高中化学主题3合理利用化学能源课题2家用燃料的更新学案鲁科版选修1doc.docx

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秋高中化学主题3合理利用化学能源课题2家用燃料的更新学案鲁科版选修1doc

2019-2020年（秋）高中化学主题3合理利用化学能源课题2家用燃料的更新学案鲁科版选修1

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、N2

CO、H2

H2、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＋O2

2CO

C＋2O（g）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＋H2　②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＋5H2O

2．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＋2H2O

①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＋4H2O

1mol112L

V

V（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＋4H2O　1.82×105L

（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）①