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(共66张PPT)
课题2
化石能源的合理利用
学习目标
1.了解化石能源的种类、组成及特点，知道甲烷的可燃性和主要用途，了解煤和石油的综合利用，认识化学在能源合理利用与开发中的重要作用。
2.了解降低化石能源利用对环境影响的方法和措施，意识到开发新能源的意义，初步应用元素观、变化观等化学观念和科学探究方法解决问题。
3.认识能源开发利用是促进人类社会发展的重要力量，知道其可能对环境产生的影响，树立合理利用能源的意识。
交流讨论：1.家里做饭时用的是什么燃料？
液化石油气
汽油
柴油
3.炼钢厂、热电厂等使用什么燃料？
煤
新课导入
2.汽车用的燃料有哪些？
1. 、 、 是世界上最重要的三大化石燃料，它们是 再生能源。
2.煤是复杂的 （填物质类别），主要含有 元素。将煤作燃料主要是利用煤中的 与 反应放出的 。将煤隔绝空气加强热，可分解得到许多物质，这是 变化（填“化学”或“物理”）。
3.石油属于 （填物质类别），主要含 、 元素，石油炼制是利用石油中各成分 不同，将它们分离（即蒸馏），这是 变化（填“化学”或“物理”）
【学习任务1】学生阅读课本137-138页内容及图片，解决下列问题。
煤
石油
天然气
不可
C
C
O2
热量
化学
混合物
C
H
物理
混合物
沸点
大鹿化学
化石燃料
化石能源的利用
化石能源是由古代生物的遗骸经一系列复杂变化形成的，是不可再生能源。
煤
石油
天然气
大鹿化学
煤和石油
化石能源的利用
煤的形成
(复杂的混合物)
大鹿化学
煤的组成和利用
工业的粮食
黑色的金子
主要含有碳元素，还含有氢、氧、氮、硫等元素
作为燃料，主要是利用碳与氧气反应所放出的热量
煤和石油
化石能源的利用
大鹿化学
煤的组成和利用
焦炭：冶金工业的重要原料
煤焦油：重要的化工原料
煤气：作生活燃气和化工原料
注意：煤的干馏是化学变化
工业的粮食
黑色的金子
隔绝空气加强热
或与其他物质反应
干馏
由一氧化碳、氢气和甲烷等组成
煤和石油
化石能源的利用
大鹿化学
煤综合利用的部分产品
电极
筑路材料
消毒剂
染料
医药
钢铁工业
气体燃料
化肥
杀虫剂
合成材料
煤和石油
化石能源的利用
大鹿化学
陆地和海洋油气生产
大庆油田
渤海油田
煤和石油
化石能源的利用
大鹿化学
石油的组成和利用
原油
一般是黏稠的液体
主要含有碳和氢两种元素
加热并使用催化剂
(分馏)
原理：利用各成分的沸点不同进行分离
多种燃料和化工原料，使石油得到综合利用
将石油中相对分子质量较大的分子裂解成相对分子质量较小的分子
煤和石油
化石能源的利用
大鹿化学
液化石油气
石油炼制的部分产品和主要用途
汽油
煤油
柴油
石蜡
沥青
主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等
润滑油
煤和石油
化石能源的利用
有石油的地方一般都有天然气(主要成分是甲烷)
渤海油田
大庆油田
我国是世界上最早利用天然气的国家。
《天工开物》记载的利用天然气熬制井盐示意图(局部)
天然气主要含有由碳和氢组成的气态碳氢化合物，其中最主要的成分是甲烷（CH4）。
如何设计实验验证甲烷的元素组成？
一、化石能源的利用
实验：甲烷燃烧及其产物检验
实验步骤
实验
(1)点燃从导管放出的甲烷，在火焰上方罩一个干燥的烧杯，过一会儿，观察烧杯壁上的现象。
(2)迅速把烧杯倒过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡，观察现象。
一、化石能源的利用
实验：甲烷燃烧及其产物检验
记录
实验现象 化学方程式
(1)
(2)
烧杯内壁有无色液滴产生
澄清石灰水变浑浊
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓ + H2O
CH4+2O2 CO2 + 2H2O
点燃
分析
甲烷具有可燃性，燃烧后有H2O和CO2生成，说明甲烷中含有氢元素和碳元素
一、化石能源的利用
小结：甲烷的性质
物理性质
化学性质
①通常状况下为无色、无气味的气体
②极难溶于水
③密度比空气小
可燃性：点燃纯净的甲烷气体，
产生淡蓝色火焰。点燃前需验纯！
一、化石能源的利用
大鹿化学
(用作燃料)
天然气的组成和利用
天然气
化石能源的利用
大鹿化学
农村将把秸秆、杂草、人畜粪便等废弃物放在密闭的沼气池中发酵，就会产生沼气，其主要成分是甲烷，可用作燃料。
沼气的制取和利用示意图
大鹿化学
2017年，我国在南海神狐海域进行的可燃冰试采获得成功，可燃冰是在高压和低温条件下形成的，主要成分是甲烷水合物，具有热值高、储量巨大等优点，有望成为未来新能源。
但如果开发和利用不当，有可能引发地质灾害和温室效应加剧等问题。
大鹿化学
思考与讨论：如果按表所示的化石能源储量和年产量，估算大约多少年后将可能没有可开采的煤、石油和天然气。在图中表示你的估算结果，并谈谈你对化石能源使用与开发的看法。
2021年我国化石能源基础储量和年产量 化石能源 储量 年产量
煤 2 079亿吨 41.3亿吨
石油 36.89亿吨 1.99亿吨
天然气 63 393亿立方米 2 075.8立方米
合理开采化石能源，要提高燃料的燃烧利用率，开发和利用新能源。
约50年
约19年
约31年
大鹿化学
我国能源的空间分布
【归纳小结】
1.天然气的主要成分是 （化学式为 ）
2.甲烷的物理性质：甲烷是一种 色 味的气体，极难溶于水，密度比空气 。
3.甲烷的化学性质：具有 ，点燃前要检验 ；燃烧产生明亮的蓝色火焰，甲烷燃烧的化学方程式是 。
（氢气:淡蓝色火焰；一氧化碳:蓝色火焰）
4.可燃冰的主要成分是 ，具有 、 等优点。
甲烷
CH4
无
无
小
可燃性
验纯
甲烷水合物
热值高
储量巨大
【任务活动2】学生阅读课本173-174页内容及图片，解决下列问题。
1.化石能源的燃烧对环境的影响：①煤燃烧时产生 、 等气体，在空气中发生反应后会形成 ；②汽车燃烧汽油等尾气中含有
等有害气体和 ，造成空气污染。
2.降低化石能源使用对环境影响措施：①提高 。如使用脱硫设备，推广使用脱硫煤，用 代替煤。②改进 。如改进汽车发动机的燃烧方式、使用催化净化装置。
③开发和利用 。如 、 、 、 、 等
3.氢气具有 性，它燃烧的化学方程式是 。它作为燃料的优点有：①热值高；②以水或化石能源为原料，来源广；③燃烧产物是 不污染空气。
但目前氢能源暂时还未能广泛应用，因为 。
二氧化硫
氮的氧化物
酸雨
一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物
烟尘
燃料质量
天然气
使用技术
地热能
新能源
太阳能
风能
潮汐能
核能
生物质能
可燃
水
氢气大量制取和储运成本高
降低化石能源的利用对环境的影响
02
化石燃料燃烧后的产物
煤
主要含C，还含有H、S、N、O等
主要含C、H
石油
主要成分是甲烷(CH4)
天然气
CO2
H2O
SO2
NO2
NO
CO
浮尘
大鹿化学
同学们，你们家里做饭时用的是什么燃料 走在路上时，一辆汽车从你身边经过你有什么感觉
化石能源在造福人类的同时，也带来了一些环境问题。
大鹿化学
大鹿化学
化石能源燃烧时产生的一些物质会对空气造成污染，思考：什么原因导致的呢
大鹿化学
硫酸型
酸雨的过程
二氧化硫(SO2)与水反应生成亚硫酸(H2SO3)，亚硫酸被空气中的氧气氧化生成硫酸(H2SO4)，反应为：
__________________________________________________。
降低化石能源的利用对环境的影响
化石燃料的燃烧造成空气污染的原因
煤燃烧时产生二氧化硫、氮的氧化物等污染物
原因一
这些气体或气体在空气中发生反应后的生成物溶于雨水，会形成酸雨。
SO2＋H2O＝H2SO3
2H2SO3＋3O2＝2H2SO4
硝酸型
酸雨的过程
NO接触氧气：2NO＋O2＝2NO2
NO2遇到水：3NO2＋H2O＝2HNO＋3NO
大鹿化学
酸雨对环境的危害
可以使水质酸化，毒害鱼类和其他水中生物
使土壤酸化，破坏农田，损害农作物、森林
腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等
降低化石能源的利用对环境的影响
化石燃料的燃烧造成空气污染的原因
大鹿化学
原因二
汽车使用的汽油或柴油燃烧时产生的一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物和烟尘等，会随尾气直接排放到空气中，造成污染
降低化石能源的利用对环境的影响
化石燃料的燃烧造成空气污染的原因
大鹿化学
原因三
大量化石能源燃烧释放的二氧化碳会引起温室效应加剧，导致全球变剧，导致全球变暖。
全球
变暖
降低化石能源的利用对环境的影响
化石燃料的燃烧造成空气污染的原因
大鹿化学
思考：如何减少污染的产生呢
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
减少污染产生的措施
在使用化石能源时，可以通过提高燃料质量和改进使用技术来减少空气污染物的排放。
措施一
马自达发动机 是最省油的发动机，热效率高达50%
如： 马自达发动机通过采用高压缩比设计和创驰蓝天技术，显著提高了燃烧效率。
大鹿化学
我国已大力推广使用脱硫煤，改进生产中使用的脱硫设备，并在很多地区用天然气代替煤。
措施二
降低化石能源的利用对环境的影响
减少污染产生的措施
大鹿化学
改进汽车发动机的燃烧方式，使用催化净化装置，加大尾气检测力度，推广使用电动汽车。
措施三
2CO＋2NO 2CO2＋N2
催化剂
2NO2＋4CO 4CO2＋N2
催化剂
降低化石能源的利用对环境的影响
减少污染产生的措施
大鹿化学
随着能源消耗量的增长，化石能源对环境的影响越发突出。同时，人类巨大的能源需求也使化石能源面临枯竭的危险。因此，开发和利用新能源已成为人类的迫切需求。
大鹿化学
氢气作为能源，已应用于航天、交通等领域，正在受到越来越多的关注。
我国研制的大推力
氢氧火箭发动机
我国研制的氢能源市域列车
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
氢能源优点
优点一
(燃烧后的产物是水，不会污染空气，也不会向大气排放二氧化碳)
燃烧值高
无污染
来源广泛
(工业上一般通过电解水或以化石能源为原料制取氢气)
(氢气无毒，完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的2倍或同质量汽油的3倍)
优点二
优点三
大鹿化学
目前，由于氢气大量制取和储运成本较高，氢气在生产和生活中还未能广泛应用。
思考：为什么暂时还不能广泛使用呢
大鹿化学
我们知道，电解水可以制取氢气。
在实验室里，我们常用锌与稀硫酸反应来制取氢气，反应的化学方程式为：
Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
氢气的实验室制法
实验装置
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
开发新能源——太阳能
浙江温州滩涂光伏发电项目
全国最大单体渔光互补项目、全亚洲最大滩涂渔光互补光伏发电项目。
与相同发电量的火电相比，每年可节约标煤23.52万吨，减少二氧化碳排放64.8万吨、二氧化硫排放1.95万吨、氮氧化物排放0.97万吨。
大鹿化学
青海德令哈熔盐光热发电项目
自2021年8月6日至2022年8月5日， 电站完整年度累计实际发电量1.58亿kWh，达到年度设计发电量(1.46亿kWh)的108%，创下全球同类型电站最高运行纪录。
降低化石能源的利用对环境的影响
开发新能源——太阳能
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
开发新能源——风能
广东阳江海上风电项目
我国首个百万千瓦级海上风电项目——三峡阳江沙扒海上风电场实现全容量并网发电。项目规划总装机容量170万千瓦，总投资约350亿元，安装269台海上风电机组。
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
开发新能源——核能
福建福清“华龙一号”核电项目
“华龙一号”每台机组装机容量116.1万千瓦，每年发电近100亿度，能够满足中等发达国家100万人口的年度生产和生活用电需求；同时相当于每年减少标准煤消耗312万吨、减少二氧化碳排放816万吨，相当于植树造林7000多万棵。
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
开发新能源——地热能
我国海拔最高的地热电站，从2018年9月29日投运至今，累计运行小时数达3.5万小时，累计发电突破5亿千瓦时。
羊易地热电站
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
开发新能源——潮汐能
江厦潮汐发电站是我国最大的潮汐能发电站，全球第四大潮汐发电站，于1985年建成。
电站总装机容量4100千瓦，年发电量约700万千瓦时。
江厦潮汐能电站
大鹿化学
降低化石能源的利用对环境的影响
开发新能源——生物质能
长青生物质能源有限公司
2023年 ：长青集团发电量达到 37.81亿千瓦时 ，实现售电收入20.32亿元，同比增长20.46% 。
2024年： 其年发电量也在持续增长，在生物质能发电上市公司中发电量领先 。
生物质包括植物、动物、微生物，以及动物产生的废弃物等。
大鹿化学
人们正在开发和利用许多其他能源，以此促进能源消费结构不断优化，向清洁低碳方向转变。
我国能源消费结构的变化趋势图
本学期内容到此结束
大鹿化学
“西气东输”，我国距离最长、口径最大的输气管道，西起塔里木盆地的轮南，东至上海。供气范围覆盖中原、华东、长江三角洲地区。东西横贯新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、上海9个省区，全长4200千米。
天然气进入千家万户不仅让老百姓免去了烧煤、烧柴和换煤气罐的麻烦，而且对改善环境质量意义重大。仅以一、二线工程每年输送的天然气量计算，就可以少烧燃煤1200万吨，减少二氧化碳排放2亿吨、减少二氧化硫排放226万吨。
西气东输
降低化石能源的利用对环境的影响
02
开发新能源——氢能源
工业上一般通过电解水或以化石能源为原料制取氢气。
大量制取和储运成本较高，氢气在生产和生活中还未能广泛应用
1.燃料电池，是把H2、CO、CH4气体和空气不断输入直接氧化，使化学能转化为电能，它被称为21世纪的绿色发电站，这三种气体可以作为燃料电池所需燃料的理由是（ ）
A.都是无毒无害的气体 B.在自然界都大量存在
C.都可以燃烧并放出大量的热 D.燃烧产物均为CO2和H2O。
C
2.下列变化属于物理变化的是（ ）
A.煤和石油的形成
B.把煤隔绝空气加强热得到焦炭、煤焦油焦炉气等
C.涂在墙上的熟石灰逐渐变硬
D.分离石油制得汽油、煤油、柴油等
D
3.2023年7月12日9时整，我国自主研制的朱雀二号遥二运载火箭在酒泉卫星发射中心腾空而起，成功入轨并完成了飞行任务。它作为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，填补了国内液氧甲烷火箭的技术空白。推进剂是决定火箭动力的关键因素，下表是常见的三种液体火箭推进剂的特点：
液体推进剂种类 特点
液氧煤油 成本低、比冲较低、易积碳、结焦等
液氧液氢 成本高、比冲非常高、绿色环保、不易储存等
液氧甲烷 成本低、比冲较高、积碳不结焦、绿色环保、燃烧效率高、易制取等
(1)以上三种液体推进剂中 作助燃剂，煤油、液氢、甲烷作燃料。
(2)火箭向上的推力来自燃料燃烧 （填“释放”或“吸收”）热量并喷出高温气体产生的反作用力。
(3)文中提到的煤油是由石油炼制而成，下列关于石油的叙述不正确的是 （填字母）
A．石油属于不可再生能源 B．化石燃料包括石油、煤、氢气等 C．石油是一种化工原料
(4)液氧甲烷推进剂燃烧效率高，甲烷（CH4）和液氧完全燃烧的化学方程式为
。
(5)液氧甲烷是理想的液体推进剂之一，其优点是 。
半导体等产业对超纯氢气需求旺盛。我国工程师研发了具有自主知识产权的多通道钯膜纯化组件，可以将99.92%原料氢气提纯至99.99995%，实现了超纯氢气装置国产化。该装置核心组件工作原理如下图4所示，其工作温度在300℃以上，用字母标注的端口有“产品氢气出口”“尾气出口”“吹扫气入口”。
（1）由图1可知，透过钯膜的最小粒子是________。
（2）由图2可知，氢气分子透过钯膜的推动力是膜两侧的________差。
（3）图4中，纯化组件开始工作时，须先通N2排净装置中空气，再通原料氢气，其目的是________。“产品氢气出口”是________（填字母标号
5.氢气的发现、生产和应用极大地推动了人类社会的发展。
（1）18世纪，科学家利用铁和稀盐酸反应得到“易燃空气”，之后命名为氢气。
①该反应的化学方程式为________。
②发现氢气后，人们一直追求将氢气作为一种绿色能源，其理由是________。
（2）1969年，科学家利用催化剂TiO2实现光分解水制氢气。
①该反应的化学方程式为________。
②氢气储运成本较高，原因之一是氢气易逸散而对储运容器密闭性的要求极高。从微观粒子视角分析氢气易逸散的原因：________。
（3）2023年我国建成首座氨制氢加氢站。氨制氢的一种生产流程图如下所示。
①步骤Ⅱ的反应属于________ （填基本反应类型）。
②步骤Ⅲ的分子筛只让氢分子通过而阻止其他分子通过，该过程属于________（填“物理”或“化学”）变化。
③利用氨生产氢气的优点有________（写一个）
【核心知识要点小结】
1.氢气作为未来的新能源，其优点有：
①热值高；②以水为原料，原料来源广；③燃烧产物是水，不污染空气。
2.氢能源目前不能大面积推广是因为： 。
3.实验室制取氢气的化学方程式为 ；
收集方法是： 或 ；发生装置同实验室制取 （选填“高锰酸钾制取氧气”或“制取二氧化碳”）的装置相同；
4.乙醇燃烧的化学反应方程式为 。
制取成本高，贮存困难
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑
排水法
向下排空气法
制取二氧化碳
大鹿化学
能源发展史
50万年
以前
火
第一次工业革命
第二次工业革命
蒸汽时代(蒸汽机/发动机)
电气时代(内燃机/电动机)
薪柴
1770-1870
煤炭
1870-1950
油气
电力
1950-2020
核与绿色能源
第三次工业革命
信息技术(互联网计算)
第四次工业革命
人工智能
(大数据/元宇宙)
2023-未来
大鹿化学
出行方式
汽车
飞机
牛/马
人力
古今对比，感受化石能源开发利用带来的巨大变化
化石能源的利用
大鹿化学
煤炭，石油，天然气的使用，促成了工业革命，极大地推动了工业化大生产和现代化进程。那么，化石能源是如何被利用大大改善了人们的生活，促进了社会的发展
大鹿化学
古今对比，感受化石能源开发利用带来的巨大变化
化石能源的利用
夜晚照明
油灯
蜡烛
长信宫灯
卧式羊铜灯
电灯
手电筒
大鹿化学
做饭取暖的燃料
古今对比，感受化石能源开发利用带来的巨大变化
化石能源的利用
柴草
木炭
煤
天然气
大鹿化学
下 课
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