资源简介

课题2 燃料的合理利用与开发
一、学习目标
1.了解化学反应中的能量变化，知道化学反应中的能量变化对人类生产、生活的重要作用
2.了解化石燃料的不可再生性，认识合理开采和节约使用化石燃料的重要性
3.认识燃料充分燃烧的重要性，了解化石燃料对环境的影响，认识使用和开发清洁燃料及各种能源重要性
二、重难点
重点：了解化学反应中能量变化、化石燃料的作用及对环境的影响和开发新能源
难点：煤和石油的综合利用
三、考点精讲
1.化学反应中的能量变化
化学反应在生成新物质的同时，还伴随着能量的变化。通常变现为光能、热能和
电能的释放或吸收。
（1）释放能量的化学反应（写出相关化学方程式）
生石灰和水反应CaO+H2O=Ca(OH)2 盐酸和镁反应2HCl+Mg==MgCl2+H2↑
（2）吸收能量的化学反应（写出相关化学方程式）
碳和二氧化碳反应C+CO2高温2CO 光合作用6CO2+6H2O光 叶绿体C6H12O6+6O2
人类需要的大部分能量是由化学反应产生的，最常见的就是生活燃料的使用。人们还利用燃烧等化学反应产生的能量发电、烧制陶瓷、冶炼金属等；利用爆炸开矿采煤、开山炸石、拆除危旧建筑等
2.化石燃料的利用
（1）煤、石油、天然气
煤 石油 天然气
形成 古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成，是不可再生能源（填“不可再生”“可再生”）
组成元素 主要是C， 少量H、N、S、O等 主要是C、H， 少量S、N、O等 主要是C、H
类别 混合 物（填“纯净”“混合”） 混合 物（填“纯净”“混合”） 混合 物（填“纯净”“混合”）
性质 黑色固体，有光泽，无固定的熔点、沸点。 煤在隔绝空气加强热的条件下，会分解生成焦炭、煤焦油、 焦炉气等，该过程是化学变化（填“物理”“化学”） 粘稠液体，不溶于水，密度比水小，无固定的熔点、沸点。 石油的炼制是利用石油中各成分沸点不同，将它们分离出来，得到不同的产品，该过程是物理变化（填“物理”“化学”） 无色无味的气体，密度比空气 小，极难溶于水。 天然气易燃烧，生成明亮的淡蓝色火焰。化学方程式为： CH4+2O2点燃CO2+2H2O
（2）合理利用与开发化石能源
燃料在燃烧时，如果氧气不足，会产生黑烟，并生成CO等物质，使燃料燃烧的利用率降低，浪费资源，且污染空气。使燃料充分燃烧的方法一是燃烧时要有足够的空气；二是燃料与空气要有足够大的接触面积。这样既能使有限的能源发挥最大的作用（放热多、节省能源），又能降低环境污染的程度。
3.使用燃料对环境的影响
（1）燃料中的硫、氮等杂质燃烧生成二氧化硫、二氧化氮等，这些气体在空气中发生反应形成 酸雨 ，我国已经大力推广使用
脱硫煤，很多地方已使用天然气来替代煤。
（2）燃料燃烧不充分会产生一氧化碳等；
（3）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。
在汽油中添加适量乙醇，可以节省石油资源，并在一定程度上减少汽车尾气的污染。乙醇属于可再生能源（填“不可再生”“可再生”），燃烧的化学方程式C2H5OH+3O2点燃2CO2+3H2O。
4.能源的开发和利用
化石燃料等不可再生能源面临枯竭的危险，开发和利用新能源成为越来越迫切的要求。
（1）新能源有太阳能、风能、水能、 核能、地热能等。
（2）可再生的能源有氢气和乙醇等。
氢气被认为是理想、高能燃料。它的优点是：
①原料来源广
②燃烧放热多
③产物无污染
（3）实验室制取氢气
①药品：锌粒和稀硫酸
②化学方程式：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
典型例题1：下列说法不正确的是（ ）
A．煤、石油、天然气属于不可再生能源
B．在化学反应中只有燃烧反应才能放出热量
C．燃料充分燃烧，能节约资源，减少污染
D．太阳能、风能、地热能等的利用，可以缓解面临的化石能源危机
【答案】B
【解析】A、煤、石油、天然气属于不可再生能源，正确；
B、在化学反应中不是只有燃烧反应才能放出热量，缓慢氧化、酸碱中和反应等也会放出热量，错误；
C、燃料充分燃烧，能节约资源，减少污染，正确；
D、太阳能、风能、地热能等的利用，可以缓解面临的化石能源危机，正确。
典型例题2：化学是造福人类的科学
（1）化学帮我们正确认识物质及其变化
①二氧化碳可用于_____________（填一种用途），但大气中二氧化碳含量增大可能导致_____________。
②物质燃烧是常见的一种自然现象，对人类来说燃烧既有“利”也有“弊”，说明其有“利”的一条依据是________________ _，说明其有“弊”的一条依据是__________________________。
（2）化学指导我们合理利用资源
氢气被称为未来的能源，如图是化学家研究的高效、经济的制氢途径．
①途径1：常用二氧化钛（TiO2）作催化剂，促进水的光解，二氧化钛中钛元素的化合价为_______。
②途径2：涉及到的能量转换是______________________________________。
【答案】（1）①可以用来灭火；温室效应 ②燃烧能为人类提供能量 火灾会对人类的生命和财产造成巨大伤害 （2）+4 光能转化为电能，电能转化为化学能
【解析】（1）①二氧化碳的用途有人工降雨、灭火、制汽水等，大气中二氧化碳含量增加会导致温室效应；②燃烧对人类的益处很大，能为人类提供能量，但形成火灾又会对人类的生命和财产造成巨大伤害；
（2）①根据在化合物中正负化合价代数和为零，氧元素的化合价为﹣2，可设TiO2中Ti元素的化合价为x，则：x+（﹣2）×2=0，则 x=+4；②水的光解涉及到的能量转换是光能转化为电能，电能转化为化学能。【巩固提升】
1．第24届冬季奥运会2022年在北京举办，为落实“绿色冬奥”的理念，冬奥会使用的汽车燃料从环保的角度考虑，最理想的是（ ）
A．氢气 B．天然气 C．酒精 D．汽油
【答案】A
【解析】A、氢气燃烧只生成水，不会对环境造成任何污染，从环保的角度看，氢气是最理想的能源，正确；
B、天然气的主要成分是甲烷，甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，是较清洁的燃料，错误；
C、酒精完全燃烧生成二氧化碳和水，是较清洁的燃料，错误；
D、汽车使用汽油作为燃料会产生一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物等，会随汽车尾气直接排放到空气中，对空气造成污染，错误。
2.石油古称“水”，《汉书》中“高奴县洧水可燃”、《梦溪笔谈》中“予知其烟可用，试扫其烟为墨，黑光如漆”，下列关于“洧水”的说法错误的是（ ）
A．具有可燃性 B．是一种黏稠状液体
C．是可再生能源 D．“其烟”的主要成分为炭黑
【答案】C
【解析】A、石油能燃烧，具有可燃性，正确；
B、石油是一种黏稠的液体，正确；
C、石油属于化石燃料，是不可再生能源，错误；
D、“烟”是石油不完全燃烧生成的炭黑，正确。
3.为防止全球变暖，我国承诺在2060年要实现“碳中和”。减少化石燃料的使用，开发利用氢能，下图是利用太阳能制氢的示意图
(1)上图实现了能量之间的相互转化，其中电解水的过程是由电能转化为_______(填“化学能”或“热能”)。
(2)从微观的角度讲，每2个水分子分解，会产生_______个氢气分子。
(3)H2与CO2在一定条件下反应，生成CH3OH(甲醇)和H2O，该反应_______(填“属于”或“不属于”)置换反应。
(4)上图中能够循环使用的物质是_______(填化学式)。
【答案】（1）化学能 （2）2 （3）不属于 （4）H2
【解析】（1）电解水的过程是电能转化为化学能，因为水分解成氢气和氧气是非自发过程,需要外界补充能量,即电能,这部分能量主要储存在产物——氢气和氧气中，即它们的化学能；
（2）从微观上讲，水通电时，每2个水分子可分解为2个氢气分子；
（3）H2与CO2在一定条件下反应，生成CH3OH(甲醇)和H2O，置换反应是单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应，该反应不属于置换反应；
（4）上图中能够循环使用的物质是H2。
【课后练习】
1.燃烧是人类最早利用的化学变化之一、下列有关说法正确的是（ ）
A．可燃性气体在空气中的含量越高，爆炸的可能性就越大
B．未燃烧的碳氢化合物及炭粒、尘粒等排放到空气中会形成浮尘
C．做饭时，燃气灶火焰呈现出黄色或橙色，锅底出现黑色，此时应减小灶具的进风口
D．甲烷和乙醇燃烧产物均为水和二氧化碳，说明二者均为碳、氢两种元素组成的化合物
【答案】B
【解析】A、可燃性气体在空气中达到爆炸极限，遇到明火，才会发生爆炸，不是含量越高，爆炸的可能性就越大，错误；
B、未燃烧的碳氢化合物及炭粒、尘粒等排放到空气中会形成浮尘，说法正确，正确；
C、做饭时，燃气灶火焰呈现出黄色或橙色，锅底出现黑色，说明此时氧气不足，碳不完全燃烧，这时应调大进风口，错误；
D、甲烷和乙醇燃烧产物均为水和二氧化碳，根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类不变，说明二者均含碳、氢两种元素，可能含氧元素，错误。
2．造成酸雨的主要物质是（ ）
A.甲烷和一氧化碳 B.二氧化硫和一氧化碳
C.一氧化碳和二氧化碳 D.二氧化硫和二氧化氮
【答案】D
【解析】煤等化石燃料燃烧时排放出SO2、NO2等污染物，这些气体或气体在空气中反应后的生成物溶于雨水，会形成酸雨。
硫酸雨形成的反应原理：SO2+H2O=H2SO3，2H2SO3+O2=2H2SO4；
硝酸型酸雨形成的反应原理：2NO+O2=2NO2，3NO2+H2O=2HNO3+NO。
造成酸雨的主要气体是二氧化硫和二氧化氮，D正确。
3.我国建成的全球首套千吨级液态太阳燃料合成示范装置，其原理是：①利用太阳能光伏发电，②电解水获得H2，③H2与CO2反应合成绿色液态燃料CH3OH。下列有关说法错误的是（ ）
A．太阳能是不可再生能源 B．H2是理想的清洁、高能燃料
C．电解水反应属于分解反应 D．该装置能捕获并资源化利用CO2
【答案】A
【解析】A、太阳能是可再生能源，错误；
B、H2燃烧生成水热值高、无污染，是理想的清洁、高能燃料，正确；
C、电解水生成氢气和氧气，一变多属于分解反应，正确；
D、该装置能捕获并资源化利用CO2，生成CH3OH，正确。
4．我国江西省自主设计的“人造太阳”首次成功放电。
（1）“人造太阳”合理利用了可控核聚变，氘、氚是核聚变的热核材料。
①氘和氚属于______（选填“同种”或“不同种”）元素的原子，上表中x=______。
②贮存氘气的钢瓶禁止靠近明火，据此推测氘气具有的化学性质是______。
（2）“人造太阳”将为人类提供永不枯竭的清洁能源，除核能外清洁能源还有______。（任写一种）
【答案】同种 1 易燃性（可燃性） 太阳能、潮汐能、地热能、水能、风能等（任写一种）
【解析】（1）①氘和氚质子数均为1，属于同种元素的原子，原子中，质子数=核外电子数，上表中x=1。
②贮存氘气的钢瓶禁止靠近明火，据此推测氘气具有的化学性质是易燃性（可燃性）。
（2）“人造太阳”将为人类提供永不枯竭的清洁能源，除核能外清洁能源还有太阳能、潮汐能、地热能、水能、风能等（任写一种）。
5.我国提出2060年前实现碳中和，彰显了负责任大国的作为与担当。
（1）现阶段的能源结构仍以化石燃料为主，化石燃料包括煤、______和天然气。
（2）下列燃料在O2中燃烧时，不会产生CO2的是______（填序号）。
A．天然气 B．氢气 C．肼（N2H4）
（3）捕集、利用和封存CO2是实现碳中和的一种途径。矿物质碳化封存的反应之一是氧化镁与CO2反应生成碳酸镁，该反应的化学方程式为______。
【答案】（1）石油 （2）BC （3）MgO+CO2=MgCO3
【解析】（1）化石燃料包括煤、石油、天然气；
（2）A、天然气燃烧生成二氧化碳和水，错误；
B、氢气燃烧生成水，不会产生二氧化碳，正确；
C、肼不含碳元素，燃烧不会产生二氧化碳，正确；
（3）氧化镁和二氧化碳生成碳酸镁。
6.燃料经过一次次的变革，有效地改善了大气环境，提高了人们生活质量。
（1）从燃烧条件分析，在生活中木柴比煤容易被点燃的原因是______。
（2）在煤、石油、天然气中，比较清洁的燃料是______。
（3）氢气作为理想能源的优点之一是______。
【答案】（1）木柴的着火点低 （2）天然气 （3）热值高（或原料广或无污染）
【解析】（1）从燃烧条件分析，木柴的着火点低，易被点燃，煤的着火点高，不易被点燃；
（2）在煤、石油、天然气中，天然气燃烧只生成二氧化碳和水，无污染，煤、石油燃烧除生成二氧化碳和水外，还会产生二氧化硫等污染物；
（3）氢气作为理想能源的优点有热值高；原料是水，来源广；生成物是水，无污染。
7.能源与我们的生活息息相关。
(1)化石燃料包括煤、_______、天然气等，是_______(填“可再生”或“不可再生”)能源。目前居民生活中常用的气体燃料主要是天然气、煤气、液化石油气。有时燃气灶的火焰会呈现黄色或橙色，锅底出现黑色，此时应_______(填“调大”或“调小”)灶具的进风口，使燃料充分燃烧。天然气主要成分充分燃烧的化学方程式为_______。
(2)为解决化石燃料面临枯竭的问题，目前，中科院研制出一种将二氧化碳成功转化为汽油的方法，其反应过程如下图所示。请从原理或产品的角度分析该成果的意义是_______(答一点即可)。
【答案】（1）石油 不可再生 调大 CH4+2O2点燃CO2+2H2O
（2）缓解温室效应加剧(或减缓能源危机)
【解析】(1)化石燃料包括煤、石油、天然气等，是不可再生能源；燃气灶的火焰会呈现黄色或橙色，锅底出现黑色，说明氧气不足，所以应调大灶具的进风口，使燃料充分燃烧。天然气主要成分是甲烷，充分燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式为：CH4+2O2点燃CO2+2H2O 。
(2)由二氧化碳转化为汽油的流程图，二氧化碳与氢气最终的产物是汽油，能减缓温室效应、缓解能源危机等。
8. “加氢几分钟，畅行数百里”，这是2021上海车展上为氢能源汽车打出的标语。氢能源汽车使用的是氢燃料电池（如图所示）。电池工作时在催化剂的作用下，氢原子失去电子形成氢离子，穿过电极A通过电解液移动到电极B与氧离子结合形成水分子；而电子则从电极A经外部电路通过电动机到达电极B，形成电流。
（1）氢燃料电池工作时是将化学能直接转化为______能。
（2）氢气是氢燃料电池的原料，可以在用电低谷时，利用电网多余电能电解水来制取。已知1.2kg氢气大约可供某款氢能源汽车行驶100km，请根据化学方程式计算，制取1.2kg氢气至少需要电解多少质量的水______。
（3）氢燃料电池工作时，通过电动机的电流方向是：______。
（4）世界能源组织提出：在制氢过程中基本上没有碳排放而得倒的氢气称为绿氢。下列方式可制得绿氢的是______。
A．水力发电制氢 B．太阳能发电制氢
C．火力发电制氢 D．核能发电制氢
【答案】（1）电 （2）10.8kg （3）B到A （4）ABD
【解析】（1）电池是将化学能转化为电能的装置，故氢燃料电池是将化学能直接转化为电能；
（2）解：设制取1.2kg氢气需要电解水的质量为x
2H2O通电2H2↑+ O2↑
36 4
x 1.2kg
36/4=x/1.2kg
x＝10.8kg
答：需要电解水的质量为10.8kg。
（3）由题目信息电子则从电极A经外部电路通过电动机到达电极B，形成电流，而电流的方向与电子的流向相反，故电动机内电流从B极到A极；
（4）在制氢过程中基本上没有碳排放而得倒的氢气称为绿氢，；
A、水力发电制氢过程中不排放碳，可制得绿氢；
B、太阳能属于清洁能源，太阳能发电制氢过程中不排放碳，可制得绿氢；
C、火力发电，燃烧化石燃料，排放二氧化碳，不能制得绿氢；
D、核能发电制氢过程中不排放碳，可制得绿氢。
9.家用燃料变迁过程的示意图如图：
（1）2020年，受新冠疫情的影响，全球工业生产排放的温室气体比2019年 　 　（填“上升”或“下降”）。
（2）秸秆在隔绝空气的条件下受热分解生成H2、CH4和CO等气体，则秸秆中一定含有的元素有 　 　；煤炭燃烧时排放出NO2、　 　等气体，在空气中会形成酸雨。
（3）由液化石油气（主要成分为C3H8）改为压缩天然气（主要成分为CH4）时，燃气报警器应安装在灶具的 　 　（填“上方”或“下方”）；写出CH4完全燃烧的化学方程式：　 　。
（4）为实现我国“2030年前碳达峰，2060年前碳中和”的目标，你认为能源综合利用的趋势是 　 　。
【答案】（1）下降 （2）C、H、O SO2 （3）上方 CH4+2O2点燃CO2+2H2O （4）向低碳、环保、高效的能源转变
【解析】（1）2020年，受新冠疫情的影响，全球工业生产排放的温室气体比2019年下降；
（2）秸秆在隔绝空气的条件下受热分解生成H2、CH4和CO等气体，化学反应前后，元素种类不变，所以秸秆中一定含有的元素有C、H、O；煤炭燃烧时排放出NO2、SO2等气体，在空气中会形成酸雨；
（3）由液化石油气（主要成分为C3H8）改为压缩天然气（主要成分为CH4）时，甲烷的密度比空气小，燃气报警器应安装在灶具的上方；甲烷和氧气在点燃的条件下生成二氧化碳和水，化学方程式为：CH4+2O2点燃CO2+2H2O
（4）为实现我国“2030年前碳达峰，2060年前碳中和”的目标，能源综合利用的趋势是：向低碳、环保、高效的能源转变。
10.中国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。推广氢能等新能源是减少碳排放的重要方式之一、由于自然界不存在可直接开采的氢气资源，所以氢气必须经过化石资源、水和生物质等含氢化合物获取。这些制氢过程均需要输入较高的能量，目前主要由不可再生的化石能源提供，也可由可持续的新能源提供，如图1所示。
化石资源、生物质和水是主要的制氢原料，目前常见的生产氢气方法如图2所示，在各类化石资源中，高H/C原子个数比的甲烷是理想的制氢原料。
年位于兰州新区的全球首套规模化（千吨级）合成“绿色”甲醇示范装置，不仅可以回收二氧化碳，还能生产“液态阳光”，未来可替代化石能源。“液态阳光”是利用太阳能等可再生能源产生的电力来电解水，生产“绿色”氢能，并将二氧化碳加氢转化为“绿色”甲醇等液体燃料。因此，形象地称为“液态阳光”。
氢燃料车辆是氢能体系的重要标志，但研究高效率保存与释放氢气是目前工业上急需突破的技术问题。有文献报道，纳米镁理论储氢量为7.69%（质量分数），形成氢化镁。氢化镁在适当条件下可释放出氢气。
请回答下列问题：
(1)氢气作为能源的优点是___________。
(2)本文中涉及化合物中H/C原子个数比最大的是___________（写化学式）。
(3)综合考虑各方面因素，未来以一次能源制氢气最理想的方法是___________。
(4)氢化镁的化学式为___________。
(5)写出以CH4和CO2在一定条件下反应生产H2的化学方程式___________。
【答案】(1)无污染、资源丰富、热值高等 (2)CH4 (3)太阳能光解水 (4)MgH2 (5) CH4+CO2一定条件2H2+2CO
【解析】 (1)氢气燃烧产物只有水，比较环保，且资源丰富、热值高，故是比较理想的能源；
(2)由化学式及资料可知，本文中涉及化合物中H/C原子个数比最大的是CH4；
(3)太阳能光解水制氢，可以节约能源，且无污染，是未来以一次能源制氢气最理想的方法；
(4)纳米镁理论储氢量为7.69%（质量分数），形成氢化镁，设氢化镁的化学式为MgxHy，y/(24x+y)100%=7.69%， y=2x，故氢化镁的化学式为：MgH2；
(5)甲烷和二氧化碳在一定条件下反应生成氢气和一氧化碳，该反应的化学方程式为:CH4+CO2一定条件2H2+2CO。课题2 燃料的合理利用与开发
一、学习目标
1.了解化学反应中的能量变化，知道化学反应中的能量变化对人类生产、生活的重要作用
2.了解化石燃料的不可再生性，认识合理开采和节约使用化石燃料的重要性
3.认识燃料充分燃烧的重要性，了解化石燃料对环境的影响，认识使用和开发清洁燃料及各种能源重要性
二、重难点
重点：了解化学反应中能量变化、化石燃料的作用及对环境的影响和开发新能源
难点：煤和石油的综合利用
三、考点精讲
1.化学反应中的能量变化
化学反应在生成新物质的同时，还伴随着 的变化。通常变现为 能、 能和 能的释放或吸收。
（1）释放能量的化学反应（写出相关化学方程式）
生石灰和水反应 ；盐酸和镁反应
（2）吸收能量的化学反应（写出相关化学方程式）
碳和二氧化碳反应 ；光合作用
人类需要的大部分能量是由化学反应产生的，最常见的就是生活燃料的使用。人们还利用燃烧等化学反应产生的能量发电、烧制 、冶炼 等；利用爆炸开矿采煤、开山炸石、拆除 等
2.化石燃料的利用
（1）煤、石油、天然气
煤 石油 天然气
形成 古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成，是 能源（填“不可再生”“可再生”）
组成元素 主要是 ， 少量H、N、S、O等 主要是 、 ， 少量S、N、O等 主要是 、
类别 物（填“纯净”“混合”） 物（填“纯净”“混合”） 物（填“纯净”“混合”）
性质 黑色固体，有光泽，无固定的熔点、沸点。 煤在隔绝空气加强热的条件下，会分解生成 、煤焦油、 等，该过程是 变化（填“物理”“化学”） 粘稠液体，不溶于水，密度比水小，无固定的熔点、沸点。 石油的炼制是利用石油中各成分 不同，将它们分离出来，得到不同的产品，该过程是 变化（填“物理”“化学”） 无色无味的气体，密度比空气 ， 溶于水。 天然气易燃烧，生成 的 色火焰。化学方程式为：
（2）合理利用与开发化石能源
燃料在燃烧时，如果氧气不足，会产生 ，并生成 等物质，使燃料燃烧的利用率降低，浪费资源，且污染空气。使燃料充分燃烧的方法一是 ；二是 。这样既能使使有限的能源发挥最大的作用（放热多、节省能源），又能降低环境污染的程度。
3.使用燃料对环境的影响
（1）燃料中的硫、氮等杂质燃烧生成 、 等，这些气体在空气中发生反应形成 ，我国已经大力推广使用
煤，很多地方已使用天然气来替代煤。
（2）燃料燃烧不充分会产生 等；
（3）未燃烧的碳氢化合物及炭粒、尘粒等排放到空气中形成 。
在汽油中添加适量乙醇，可以节省石油资源，并在一定程度上减少汽车尾气的污染。乙醇属于 能源（填“不可再生”“可再生”），燃烧的化学方程式 。
4.能源的开发和利用
化石燃料等不可再生能源面临枯竭的危险，开发和利用新能源成为越来越迫切的要求。
（1）新能源有 、 、 、 核能、地热能等。
（2）可再生的能源有 和 等。
氢气被认为是理想、高能燃料。它的优点是：
①
②
③
（3）实验室制取氢气
①药品： 和
②化学方程式：
典型例题1：下列说法不正确的是（ ）
A．煤、石油、天然气属于不可再生能源
B．在化学反应中只有燃烧反应才能放出热量
C．燃料充分燃烧，能节约资源，减少污染
D．太阳能、风能、地热能等的利用，可以缓解面临的化石能源危机
典型例题2：化学是造福人类的科学
（1）化学帮我们正确认识物质及其变化
①二氧化碳可用于_____________（填一种用途），但大气中二氧化碳含量增大可能导致_____________。
②物质燃烧是常见的一种自然现象，对人类来说燃烧既有“利”也有“弊”，说明其有“利”的一条依据是________________ _，说明其有“弊”的一条依据是__________________________。
（2）化学指导我们合理利用资源
氢气被称为未来的能源，如图是化学家研究的高效、经济的制氢途径．
①途径1：常用二氧化钛（TiO2）作催化剂，促进水的光解，二氧化钛中钛元素的化合价为_______。
②途径2：涉及到的能量转换是______________________________________。
【巩固提升】
1．第24届冬季奥运会2022年在北京举办，为落实“绿色冬奥”的理念，冬奥会使用的汽车燃料从环保的角度考虑，最理想的是（ ）
A．氢气 B．天然气 C．酒精 D．汽油
2.石油古称“水”，《汉书》中“高奴县洧水可燃”、《梦溪笔谈》中“予知其烟可用，试扫其烟为墨，黑光如漆”，下列关于“洧水”的说法错误的是（ ）
A．具有可燃性 B．是一种黏稠状液体
C．是可再生能源 D．“其烟”的主要成分为炭黑
3.为防止全球变暖，我国承诺在2060年要实现“碳中和”。减少化石燃料的使用，开发利用氢能，下图是利用太阳能制氢的示意图
(1)上图实现了能量之间的相互转化，其中电解水的过程是由电能转化为_______(填“化学能”或“热能”)。
(2)从微观的角度讲，每2个水分子分解，会产生_______个氢气分子。
(3)H2与CO2在一定条件下反应，生成CH3OH(甲醇)和H2O，该反应_______(填“属于”或“不属于”)置换反应。
(4)上图中能够循环使用的物质是_______(填化学式)。
【课后练习】
1.燃烧是人类最早利用的化学变化之一、下列有关说法正确的是（ ）
A．可燃性气体在空气中的含量越高，爆炸的可能性就越大
B．未燃烧的碳氢化合物及炭粒、尘粒等排放到空气中会形成浮尘
C．做饭时，燃气灶火焰呈现出黄色或橙色，锅底出现黑色，此时应减小灶具的进风口
D．甲烷和乙醇燃烧产物均为水和二氧化碳，说明二者均为碳、氢两种元素组成的化合物
2．造成酸雨的主要物质是（ ）
A.甲烷和一氧化碳 B.二氧化硫和一氧化碳
C.一氧化碳和二氧化碳 D.二氧化硫和二氧化氮
3.我国建成的全球首套千吨级液态太阳燃料合成示范装置，其原理是：①利用太阳能光伏发电，②电解水获得H2，③H2与CO2反应合成绿色液态燃料CH3OH。下列有关说法错误的是（ ）
A．太阳能是不可再生能源 B．H2是理想的清洁、高能燃料
C．电解水反应属于分解反应 D．该装置能捕获并资源化利用CO2
4．我国江西省自主设计的“人造太阳”首次成功放电。
（1）“人造太阳”合理利用了可控核聚变，氘、氚是核聚变的热核材料。
①氘和氚属于______（选填“同种”或“不同种”）元素的原子，上表中x=______。
②贮存氘气的钢瓶禁止靠近明火，据此推测氘气具有的化学性质是______。
（2）“人造太阳”将为人类提供永不枯竭的清洁能源，除核能外清洁能源还有______。（任写一种）
5.我国提出2060年前实现碳中和，彰显了负责任大国的作为与担当。
（1）现阶段的能源结构仍以化石燃料为主，化石燃料包括煤、______和天然气。
（2）下列燃料在O2中燃烧时，不会产生CO2的是______（填序号）。
A．天然气 B．氢气 C．肼（N2H4）
（3）捕集、利用和封存CO2是实现碳中和的一种途径。矿物质碳化封存的反应之一是氧化镁与CO2反应生成碳酸镁，该反应的化学方程式为______。
6.燃料经过一次次的变革，有效地改善了大气环境，提高了人们生活质量。
（1）从燃烧条件分析，在生活中木柴比煤容易被点燃的原因是______。
（2）在煤、石油、天然气中，比较清洁的燃料是______。
（3）氢气作为理想能源的优点之一是______。
7.能源与我们的生活息息相关。
(1)化石燃料包括煤、_______、天然气等，是_______(填“可再生”或“不可再生”)能源。目前居民生活中常用的气体燃料主要是天然气、煤气、液化石油气。有时燃气灶的火焰会呈现黄色或橙色，锅底出现黑色，此时应_______(填“调大”或“调小”)灶具的进风口，使燃料充分燃烧。天然气主要成分充分燃烧的化学方程式为_______。
(2)为解决化石燃料面临枯竭的问题，目前，中科院研制出一种将二氧化碳成功转化为汽油的方法，其反应过程如下图所示。请从原理或产品的角度分析该成果的意义是_______(答一点即可)。
8. “加氢几分钟，畅行数百里”，这是2021上海车展上为氢能源汽车打出的标语。氢能源汽车使用的是氢燃料电池（如图所示）。电池工作时在催化剂的作用下，氢原子失去电子形成氢离子，穿过电极A通过电解液移动到电极B与氧离子结合形成水分子；而电子则从电极A经外部电路通过电动机到达电极B，形成电流。
（1）氢燃料电池工作时是将化学能直接转化为______能。
（2）氢气是氢燃料电池的原料，可以在用电低谷时，利用电网多余电能电解水来制取。已知1.2kg氢气大约可供某款氢能源汽车行驶100km，请根据化学方程式计算，制取1.2kg氢气至少需要电解多少质量的水______。
（3）氢燃料电池工作时，通过电动机的电流方向是：______。
（4）世界能源组织提出：在制氢过程中基本上没有碳排放而得倒的氢气称为绿氢。下列方式可制得绿氢的是______。
A．水力发电制氢 B．太阳能发电制氢
C．火力发电制氢 D．核能发电制氢
9.家用燃料变迁过程的示意图如图：
（1）2020年，受新冠疫情的影响，全球工业生产排放的温室气体比2019年 　 　（填“上升”或“下降”）。
（2）秸秆在隔绝空气的条件下受热分解生成H2、CH4和CO等气体，则秸秆中一定含有的元素有 　 　；煤炭燃烧时排放出NO2、　 　等气体，在空气中会形成酸雨。
（3）由液化石油气（主要成分为C3H8）改为压缩天然气（主要成分为CH4）时，燃气报警器应安装在灶具的 　 　（填“上方”或“下方”）；写出CH4完全燃烧的化学方程式：　 　。
（4）为实现我国“2030年前碳达峰，2060年前碳中和”的目标，你认为能源综合利用的趋势是 　 　。
10.中国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。推广氢能等新能源是减少碳排放的重要方式之一、由于自然界不存在可直接开采的氢气资源，所以氢气必须经过化石资源、水和生物质等含氢化合物获取。这些制氢过程均需要输入较高的能量，目前主要由不可再生的化石能源提供，也可由可持续的新能源提供，如图1所示。
化石资源、生物质和水是主要的制氢原料，目前常见的生产氢气方法如图2所示，在各类化石资源中，高H/C原子个数比的甲烷是理想的制氢原料。
年位于兰州新区的全球首套规模化（千吨级）合成“绿色”甲醇示范装置，不仅可以回收二氧化碳，还能生产“液态阳光”，未来可替代化石能源。“液态阳光”是利用太阳能等可再生能源产生的电力来电解水，生产“绿色”氢能，并将二氧化碳加氢转化为“绿色”甲醇等液体燃料。因此，形象地称为“液态阳光”。
氢燃料车辆是氢能体系的重要标志，但研究高效率保存与释放氢气是目前工业上急需突破的技术问题。有文献报道，纳米镁理论储氢量为7.69%（质量分数），形成氢化镁。氢化镁在适当条件下可释放出氢气。
请回答下列问题：
(1)氢气作为能源的优点是___________。
(2)本文中涉及化合物中H/C原子个数比最大的是___________（写化学式）。
(3)综合考虑各方面因素，未来以一次能源制氢气最理想的方法是___________。
(4)氢化镁的化学式为___________。
(5)写出以CH4和CO2在一定条件下反应生产H2的化学方程式___________。

展开更多......

收起↑