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第五章　燃　料
5.1
洁净的燃料——氢气
一、物理性质
氢气是一种无色、无味的气体，难溶于水。密度比空气小，是相同条件下密度最小的气体。
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(1)为了快速比较不同气体密度的大小，可利用比较相对分子质量大小的方法，空气的平均相对分子质量为29，气体的相对分子质量若比29大，则密度比空气大；气体的相对分子质量若比29小，则密度比空气小。依据的原理是相同条件下，同体积的气体含有相同数目的分子。
(2)快速比较氢气和空气密度大小的实验方法：可利用吹肥皂泡或吹氢气球的方法，观察肥皂泡或氢气球的升降情况得出氢气与空气密度的相对大小。
二、化学性质
1．可燃性：2H2＋O22H2O
氢气燃烧时发出淡蓝色火焰，放出热量，并有水珠产生。
注意：在点燃氢气前，一定要检验氢气的纯度。
2．可燃性气体的验纯方法：用排水法收集一试管可燃性气体，用拇指堵住试管口移近火焰点燃。如果气体较纯，气体将会安静地燃烧，并发出
“噗”声；如果气体不纯，会发出尖锐爆鸣声。
注意：如果用排空气法收集气体验纯时发现气体不纯，需要再收集检验时，必须对试管进行处理(用拇指在试管口堵住一会儿或更换试管)，以免发生爆炸。
3．氢气的检验：点燃。纯净的氢气能够安静地燃烧，发出淡蓝色火焰，在火焰上罩一个干而冷的烧杯，烧杯内壁有水珠生成；而不纯的氢气在燃烧时会发出尖锐的爆鸣声。
三、氢能源
1．氢能源的优点：
(1)以水为原料，来源广泛；
(2)热值高，放热多；
(3)生成物是水，无污染，是最清洁的燃料；
(4)可以再生。
2．目前氢能源存在的问题：制取成本高、贮存和运输困难。
5.2　组成燃料的主要元素——
碳
第1课时　碳有哪些单质
一、碳单质的物理性质和用途
1．常见的碳单质有金刚石、石墨、石墨烯、碳纳米管和C60等。
(1)金刚石(C)：纯净的金刚石是无色透明的固体，是天然存在的硬度最大的物质。经过加工琢磨，可做装饰品；由于硬度大，可用来制玻璃刀、做磨料及地质勘探的钻头等。
(2)石墨(C)：深灰色有金属光泽、不透明的片状固体，质软而滑腻，能导电、导热、耐高温。可用于制铅笔芯，做高温润滑剂、制电极等。
(3)C60：由分子构成，每个分子由60个碳原子构成。
2．金刚石和石墨都是由碳元素组成的碳单质，它们都是由碳原子构成的，导致它们物理性质不同的根本原因是其中碳原子的排列方式不同。
二、无定形碳
由石墨的细小晶体和少量杂质形成，没有固定形状。
常见的无定形碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。
颜色、状态
制法
用途
木炭
灰黑色的多孔性固体
木材隔绝空气加强热
燃料、黑火药、制活性炭、冶炼金属
活性炭
灰黑色的多孔颗粒状固体
木炭在高温下用水蒸气处理
净化多种气体和液体、作防毒面具
焦炭
浅灰色、多孔性固体
烟煤隔绝空气加强热
冶炼金属
炭黑
极细的黑色粉末
含碳物质不完全燃烧
墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等，作橡胶制品的填料
木炭、活性炭具有吸附性(物理性质)。活性炭的吸附性更强。
第2课时　碳燃烧生成什么
一、碳单质的化学性质
1．在常温下，碳的化学性质非常稳定。
2．在点燃条件下，各种碳单质都会燃烧。
(1)当氧气充足时，碳发生完全燃烧，生成二氧化碳，化学方程式为C＋O2CO2。
(2)当氧气不足时，碳发生不完全燃烧，生成一氧化碳。化学方程式为2C＋O22CO。
说明：相同质量的碳完全燃烧比不完全燃烧放出的热量多。
3．在高温下，炽热的碳能使二氧化碳转变成一氧化碳，反应的化学方程式为CO2＋C2CO，该反应为吸热反应。
二、煤炉内发生的反应
煤炉内由下至上发生的主要反应为
下层：碳完全燃烧，放出热量，发生的反应为C＋O2CO2；
中层：下层产生的二氧化碳与中层炽热的碳反应生成一氧化碳，发生反应的化学方程式为CO2＋C2CO；同时，该层的碳由于氧气供应不足，还发生不完全燃烧，反应的化学方程式为2C＋O22CO；
上层：一氧化碳燃烧，产生浅蓝色火焰，放出热量，发生的反应为2CO＋O22CO2。
三、一氧化碳
1．一氧化碳的物理性质：无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。
2．一氧化碳的化学性质：
一氧化碳具有可燃性：2CO＋O22CO2。
燃烧的现象：①发出浅蓝色火焰；
②放热；③生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。
3．毒性：一氧化碳有毒，它使人中毒的生理过程是CO跟血液中血红蛋白结合的能力很强，使血液失去输氧能力。因此室内使用煤炉烤火取暖或使用燃气热水器时，要保证有良好的通风，确保安全。
4．用途：一氧化碳具有可燃性，故常用作燃料。
5.3　二氧化碳的性质和制法
第1课时　二氧化碳有何性质
一、二氧化碳的物理性质
通常状况下，二氧化碳是一种没有颜色、没有气味的气体。密度为1.977
g/L，比空气的密度大，能溶于水，大约1体积水溶解1体积二氧化碳。在加压降温时，二氧化碳能转变为液体和白色固体——干冰。
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二、二氧化碳性质的探究实验
学生实验活动
实验操作
现象
结论
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两支蜡烛自下而上依次熄灭
CO2的密度比空气大，不能燃烧也不支持燃烧
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塑料瓶变瘪
CO2能溶于水
取适量塑料瓶中溶液于试管中，滴紫色石蕊溶液
紫色石蕊溶液变红
CO2能与水反应生成碳酸
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将上述试管加热
溶液受热后，红色变为紫色
碳酸不稳定，易分解
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澄清石灰水变浑浊
CO2与石灰水反应生成不溶于水的白色固体
三、二氧化碳的化学性质
1．一般情况下，不燃烧，不支持燃烧，不供给呼吸。
2．与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变红：CO2＋H2O===H2CO3
碳酸不稳定，容易发生分解：
H2CO3===H2O＋
CO2↑(溶液中的碳酸不存在了，石蕊溶液又恢复到了紫色)。
3．与澄清石灰水反应：
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
四、一氧化碳和二氧化碳的比较
一氧化碳
二氧化碳
物理性质
无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水
无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水
化学性质
可燃性、还原性、毒性
①二氧化碳能和水反应生成碳酸；②二氧化碳可以和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水；③二氧化碳能和碳单质反应；④二氧化碳能参与光合作用
检验方法
通过灼热的氧化铜粉末，粉末由黑色逐渐变成红色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊
通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊
主要用途
作燃料、冶炼金属
灭火、制汽水、人工降雨
第2课时　实验室制取二氧化碳
一、实验室制取二氧化碳的原理
实验室常用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应制取二氧化碳，反应的化学方程式为
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑。
二、实验室制取二氧化碳装置的选择
1．发生装置：因反应物为块状固体和液体，反应条件是常温，故选择的发生装置为固液常温接触制气装置(如图)；
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三种装置的优缺点：
A装置简单方便，使用仪器少，但反应前需将固体和液体先后放入试管中，操作要迅速，否则可能收集不到气体；B装置可以随时添加液体；C装置可通过控制分液漏斗内液体的流速达到控制反应速率的目的。
2．收集装置：由于二氧化碳能溶于水且密度比空气大，所以收集二氧化碳气体一般采用向上排空气法而不用排水法。
注意：收集气体时，导气管应伸到集气瓶底部以排尽集气瓶中空气，使收集到的气体纯度较高。
三、实验室制取二氧化碳
1．操作步骤：
(1)按要求连接好仪器；(2)检查装置的气密性；(3)向反应器中装入大理石；
(4)向长颈漏斗中注入稀盐酸；(5)收集气体；
(6)验满。
2．CO2气体的检验和验满
(1)检验方法：将生成的无色、无味的气体通入到澄清的石灰水中，若澄清的石灰水变浑浊，则该气体为CO2。反应的化学方程式为CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。
(2)验满的方法：将一根燃着的木条放在集气瓶口(不要伸入瓶内)，如果木条立即熄灭，则CO2气体已集满。
第3课时　二氧化碳对人类生活和环境有何影响
一、二氧化碳的用途
1．灭火：(1)二氧化碳的密度比空气大；(2)一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。既利用了二氧化碳的物理性质，又利用了二氧化碳的化学性质。
2．用于人工降雨、制冷剂：干冰(固体二氧化碳)升华吸收大量的热。
3．作气体肥料：二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，可以提高农作物的产量。
二、二氧化碳对环境的影响
1．空气中二氧化碳含量偏高的影响：
二氧化碳无毒，但人在二氧化碳浓度偏高的环境中，会感到气闷；大气中二氧化碳含量的上升，导致“温室效应”加剧。
2．温室效应加剧的后果：地球表面温度升高，冰川融化、海平面上升，淹没沿海的一些城市；引起气候反常，土地沙漠化；生态环境变坏，生物物种减少，人类健康受到损害等。
3．为防止温室效应进一步加剧，应采取的措施：一方面减少二氧化碳等温室气体的排放，如减少含碳燃料的燃烧，开发利用新能源，如太阳能、风能、地热能等清洁能源，提倡“低碳生活”等；
另一方面加强对二氧化碳的吸收，如大量植树造林，禁止乱砍滥伐等。
三、自然界中的碳循环
1．大气中二氧化碳产生的主要途径：
(1)动植物的呼吸作用；
(2)含碳燃料的燃烧；
(3)微生物的分解作用等。
2．大气中二氧化碳被消耗的主要途径：
绿色植物的光合作用，该过程将二氧化碳和水转化成有机物并释放氧气。
5.4　古生物的“遗产”——
化石燃料
一、化石燃料
1．煤——“黑色的金子”
煤中主要含碳元素。
2．石油——工业的“血液”
石油中主要含碳、氢元素。
3．天然气——洁净的气体燃料
天然气的主要成分是甲烷。
(1)甲烷的化学性质：可燃性。
(2)甲烷燃烧的化学方程式：
CH4＋2O2CO2＋2H2O(甲烷燃烧会产生明亮的蓝色火焰)。
4．“可燃冰”：
科学家们在海底发现了大量“可燃冰”，它是一种甲烷水合物，是甲烷与水在低温高压下形成的。
(1)“可燃冰”的优点：能量高、热值大，是替代化石燃料的新能源。
(2)“可燃冰”的缺点：如果在开采中甲烷气体大量泄漏于大气中，会造成更加严重的温室效应。
二、使用化石燃料对环境的影响
1．(1)化石燃料都含有碳元素，完全燃烧都会产生二氧化碳，导致温室效应加剧，不完全燃烧则产生一氧化碳，污染空气。
(2)煤或石油燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物是导致酸雨的主要气体。
(3)炼铁或煤炉取暖的炉渣导致固体废弃物污染，发电厂的余热则会污染水源，导致生物死亡。
三、化石燃料的综合利用
1．化石燃料综合利用的原因：
化石燃料不可再生，十分宝贵；当作燃料直接烧掉，不仅浪费资源，还会导致环境污染。
2．煤的综合利用：
煤的干馏也称炼焦，是将煤隔绝空气加强热而分解的过程，该变化属于化学变化；所得产品主要有焦炭、煤焦油和焦炉煤气(三焦三状态)，焦炉煤气的主要成分有氢气、甲烷、一氧化碳等，是一种较为经济、洁净、燃烧效率高的燃料。
3．石油的综合利用：
利用各组分的沸点不同加热蒸馏而分开，称为石油的分馏，由于该过程中无新物质生成，所以属于物理变化；石油分馏的产品主要有汽油、煤油、润滑油等。
四、燃料的充分燃烧
1．燃料充分燃烧的方法
(1)加大空气的量；
(2)增大燃料与空气的接触面积。
实例：将块状的煤加工粉碎成煤粉，或者制成蜂窝煤等。
2．燃料充分燃烧的意义
(1)
使有限的能源发挥最大的作用(放热多、节省能源)；
(2)降低环境污染的程度。
3．燃料不充分燃烧的后果
(1)使燃料燃烧产生的热量减少，浪费资源；
(2)产生大量的CO等物质，污染空气。
全章大归纳
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