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课题2
化石燃料的利用
说到燃料，大家不会陌生，柴草、木炭、煤、汽油、柴油、天然气、管道煤气、酒精等都是我们熟悉的燃料，它们燃烧后都能够提供能量。其中，煤、石油和天然气等是埋藏在地下的不可再生的化石燃料。它们是由远古时代的生物体被埋入地下后，经过亿
万年的时间，在地球内部的热量和压力的作用下缓慢形成的。除了可燃性，这些化石燃料还有哪些性质？人类是如何利用这些性质的？
课堂导入
化石燃料的燃烧
01
化石燃料
煤、石油和天然气的主要成分都是碳氢化合物。这类物质在空气（氧气）中燃烧时，碳原子、氢原子分别与氧原子结合，转化为 CO2 和 H2O，同时会以光和热的形式释放出能量，因而是很好的能源。现在，世界上多数国家利用的能量（如热能、电能等）主要来自化石燃料的燃烧。例如在我国，很大一部分
电能是由煤燃烧产生的热能转化而来的。
石油的分馏及其产物
用来驱动汽车、飞机和轮船的燃料主要是从石油中分离出来的汽油、航空煤油和柴油等。利用石油中各组分沸点的不同，通过加热使其汽化，然后再把蒸汽冷凝成液体，从而使不同沸点的组分分离出来。石油是由多种碳氢化合物组成的复杂混合物，其中各种成分的沸点范围不同，例如汽油的沸点范围约为 30℃至 205℃，煤油的沸点范围约为 150℃至 300℃等。
天然气
天然气的主要成分是甲烷，是一种清洁能源。用压缩天然气（CNG）驱动汽车，能够显著改善汽车尾气带来的污染现象。我国有些农村地区把农作物的秸秆、杂草、人畜粪便等储存在密闭的池子中发酵，可以产生沼气。沼气的主要成分也是甲烷。气体本身无色、无味、无毒，但为了便于泄漏检测，燃气公司会在天然气中添加硫醇、四氢噻吩等臭味剂，所以正常使用时能闻到特殊的臭味。
使用化石燃料造成的环境污染
煤、汽油、煤油、柴油和液化石油气等燃料中，除了含有碳、氢元素外，还含有少量硫、氮等元素，它们在燃烧时会转化为二氧化硫和氮的氧化物，释放到大气中，造成环境污染和酸雨。酸雨还会影响生态系统的平衡，导致土壤酸化、水体富营养化等问题，对农作物生长、水生生物生存等产生不利影响。例如，酸雨会使土壤中的养分流失，降低土壤肥力，影响农作物的产量和质量；同时，酸雨还会对森林生态系统造成破坏，使树木生长缓慢、死亡。
燃料 每产生1000 kJ
热量的相对花费 点燃
的难易 燃烧时
干净与否 使用的
安全性 主要运输方式
煤炭 1.0 难 脏 安全 汽车、火车或轮船的货舱
天然气 3.5 易 干净 泄漏会
导致爆炸 专用管道
燃料酒精 5.0 易 非常干净 易燃
可引发火灾 瓶装或桶装后汽车运输
木炭 2.0 较难 比较干净 安全 袋装后汽车运输
部分常见燃料的特点
使用方式 选择燃料 理由
烧烤食物 木炭 产生相同热量，木炭相对花费较少 ，便于储存和运输，燃烧时比较干净，安全，无异味，对环境污染小
家庭做饭 天然气 天然气价格合理，易点燃，干净，管道运输方便
冬季住宅供暖 选择合适的燃料
根据上述表格内容烧烤食物、家庭做饭、冬季住宅供暖分别可选择什么燃料？你的理由是什么？
燃料的选用
不同的燃料，成分不尽相同，性质存在差异。没有任何一种燃料是最理想的。煤炭价廉、易于储存和运输，但难以点燃且燃烧时会产生大量的二氧化硫和烟尘；天然气热值高，燃烧时不会污染环境，但是不易储存和运输……在选择燃料时要综合考虑如下方面的因素。
（1）是否能稳定地燃烧 （2）价格是多少
（3）使用是否安全 （4）是否易储存和运输
（5）会剩下多少灰烬 （6）是否易于点燃
（7）是否生成污染性气体 （8）能释放多少热量
（9）会产生多少烟 （10）是否容易获取
化石燃料的综合利用
02
我们的生活离不开化石燃料
随着化学科学的发展，人们认识到化石燃料不仅是优质的能量来源，还是宝贵的化工资源。化学家和化学工程师们以石油为原料，开创了辉煌的石油化学工业。他们改变石油中的分子，使大分子断裂为小分子，再将小分子按需要组合成大分子，从而把石油转化成塑料、合成橡胶、合成纤维、药物和染料等。所以，人们把石油称为“工业的血液”。从眼镜、足球，到染发剂、阿司匹林、人工心脏瓣膜……我们的生活已经离不开石油化工产品。
我国能源资源的现状
我国的能源资源现状是“富煤、贫油、少气”，煤炭储量占我国化石能源总储量的 90% 以上。能源消费结构也以煤为主，煤炭消费占比远超世界平均水平。煤炭燃烧带来的资源浪费和环境污染非常严重，实现对煤的综合利用已是当务之急。
2022年我国化石能源储量 煤炭/亿吨 石油/万吨 天然气/亿立方米
2070.12 380629.30 65690.12
煤的综合利用
当前，煤的综合利用主要有煤的焦化、液化和气化，其产物是化肥、农药、合成材料及冶金等领域的重要原料。
利用方式 概念 产物 产物的用途
焦化 在隔绝空气的情况下加强热使煤分解 焦炭，煤焦油，焦炉气 用于金属冶炼、制造电极
作化工原料
液化 在高温高压下，在催化剂等作用下使煤发生裂解并加氢 汽油，煤油 柴油等 作液体燃料
气化 使煤在氧气不足的情况下不充分燃烧 CO，H2 CH4 等 作燃料气和化工原料
解决能源危机
随着人们对生态环境要求的不断提高，能源体系也将发生结构性变化，清洁化、低碳化是未来燃料发展的重要方向。科学家们一方面大力研发化石燃料的高效清洁利用技术，另一方面积极探索其他可再生的替代能源，尤其是污染性小的绿色能源，如氢能、太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能和核能等，以保持人类社会与自然的和谐可持续发展。
全球能源演化与趋势
人类社会的发展离不开优质能源的开发和先进能源技术的使用，能源转型是人类文明发展和进步的驱动力。第一次能源转型开启了煤炭的利用，催生了人类文明进入“蒸汽时代”；第二次能源转型开启了石油和天然气的大规模利用，保障了人类文明相继进入“电气时代”和“信息时代”；第三次能源转型以新能源替代化石能源，将推动人类文明“智能时代”的来临。
认识碳单质
03
认识碳单质
在自然界中，大量碳元素是以化合态的形式存在于化石燃料中，而以单质形式存在的有金刚石、石墨等。你还了解哪些碳单质？它们具有什么特性？
1. 金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但其结构不同，导致性质差异巨大。金刚石是天然存在最硬的物质，而石墨则很软、有滑腻感，还具有优良的导电性能。由于天然金刚石资源稀少，价格昂贵，人工制造金刚石成了人们的梦想。直至 20 世纪30 年代，在高温高压催化剂的条件下，人们实现了将石墨转化为金刚石，开启了人造金刚石的工业化生产之路。
讨论：石墨转化为金刚石是化学变化还是物理变化？
石墨转化为金刚石是化学变化
认识碳单质
2. 长期以来，人们认为由碳元素组成的单质只有金刚石和石墨两种。1985 年，在对石墨的激光气化产物进行研究时，意外地观测到了过去未曾发现的现象，这引起了科学家的好奇。他们经过反复研究，终于发现了由 60 个碳原子构成的碳的另一种单质——C60 分子，并确定了其足球状结构。
C60 的发现开辟了一个全新的碳世界，科学家们相继又发现了一些新的碳单质，如 C50、C70、C240、碳纳米管等。C60 的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，在超导、催化、材料、医学等领域具有广阔的应用前景。C60 的发现是 20 世纪的重大科学发现之一。
讨论：C60 的发现过程给了你什么启示？
科学的发展是永无止境的
认识碳单质
3. 木炭、焦炭、活性炭是日常生活和工农业生产中常用的含碳物质，它们的主要成分也是碳单质。木炭、活性炭具有疏松多孔的结构，吸附能力很强，常用于吸附有异味、有颜色的物质，或者有毒有害的气体。
讨论：为什么人们会在刚装修过的房间里放置一些活性炭包？
为了吸附装修产生的有毒有害气体
认识碳单质
金刚石，石墨，C60都是由碳元素组成的单质，其中金刚石，石墨由碳原子构成，C60由C60分子构成。
碳单质 性质 用途
金刚石 质硬，是天然存在的最硬的物质 裁玻璃，切割大理石
无色透明，璀璨夺目 做装饰品——钻石
石墨 灰黑色，有滑腻感，质软 做铅笔芯，润滑剂
优良的导电性能 作电极
C60 具有一些特殊的物理和化学性质 在超导，催化，材料，医学等领域具有广阔的应用前景
课堂小结
04
燃料燃烧对环境的印象
气候变化
空气污染
开发新能源
寻找可再生，污染小的替代能源，如太阳能，风能等
综合利用
石油的分馏
天然气
煤的综合利用
碳单质
金刚石
石墨
C60
种类
煤，石油，天然气等，主要成分都是碳氢化合物
课堂练习
05
1.根据图示，分析下列说法，其中描述错误的是( )
A.四种物质都是由碳原子构成的
B.四种物质均可以在氧气中燃烧
C.碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点
D.金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同
A
2.大同地区煤炭资源丰富，分布范围广泛，开采历史悠久，国内外驰名，素有“煤都”之称。以下是不同角度对“煤”的分析，其中错误的是( )
A.组成：煤中主要含有碳元素
B.构成：煤是由碳原子构成
C.变化：将煤隔绝空气加强热可以生成煤气
D.用途：煤可以做燃料
C
Thanks
感谢您的聆听

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