概念:化石燃料是由古代动植物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的。化石燃料包括煤(工业的粮食),石油(工业的血液)和天然气,是不可再生能源。
煤:
①煤是固体燃料,其最大的缺点是燃烧速率慢,利朋效率低,且不适用于多数运输业作动力源,还会导致严重的大气污染。从资源、经济与环境三方面综合考虑,适宜在煤产地搞热电联产,提高煤炭转换成电能的比重.住城市发展煤气或液化燃料。煤的综合利用煤是我国主要的化石能源,占90%以上,煤的综合利用措施主要有下列三条:
a.
煤的气化:目前主要是煤在高温下与水蒸气的反应。产物为燃料气,又可作化工原料。主要产品有CO、CH
4、H
2等。
b.
煤的焦化:也称煤的干馏,是在隔绝空气的条件下加强热.使组成煤的物质发生分解反应。主要产品及用途:焦炭:金属冶炼;煤焦油:重要的化工原料;焦炉气:含有CO、CH
4、H
2等,既可作燃料又是重要的化工原料。
c.
煤的液化:煤发生化学反应,分裂为小分子,利用催化剂向小分子中加入氯元素.得到与石油产品成分相近的燃料油,是一项人造石油的技术。
②煤气:
a.
煤气的形成:煤气作为一种生活燃料,在一些城市被使用.煤气通常情况下是利用煤与水蒸气在高温条件反应生成的:C+H
2O
CO+H:煤气的主要成分是CO,但同时含有H
2、CH
4等其他可燃性气体
b.
煤气中报警物质的特性:由于煤气的主要成分CO是一种无色、无味的有毒气体,当煤气泄漏时不易察觉,会危害人体健康甚至危及生命。为了安全起见,通常在煤气中加入一些持殊的物质,如乙硫醇(C
2H
5SH)。乙硫醇具有特殊刺激性气味,当煤气泄漏时,可以使人很快警觉,并马上采取措施,防止发生爆炸、火灾和中毒事故;同时,乙硫醇在煤气燃烧过称中可以充分燃烧不仪煤气.其他可燃性气体如天然气、液化石油气中通常也加入少量报警物质。
石油的综合利用:①石油是由多种物质组成的混合物,没有同定的组成和性质,根据组成石油的各组分的沸点不同,可从石油中分离出不同的燃料,如汽油、煤油、液化石油气等,
②石油分馏产品及用途
溶剂油——溶剂
汽油—一汽车燃料
航空煤油一一飞机燃料
柴油一—拖拉机、轮船燃料
润滑油一一润滑剂
石蜡——蜡烛
沥青——筑路
石油不仅是优质的能量来源,还是宝贵的化工资源。使石油中的大分子断裂为小分子.小分子重新组合成大分子,从而把石油转化为工农业、医疗、化工等产品,因此把石油称怍“工业的血液”。石油化学工业不同于石油分离,石油化学工业是石油发生复杂的反应,从而生成各种产品,是化学变化。
天然气:天然气的主要成分是甲烷,主要含碳、氢两种元素。天然气里的甲烷是在隔绝空气的情况下,主要由植物残体分解而生成的。有石油的地方,一般就有天然气。天然气是一种重要的气体燃料。但其贮藏量是有限的。
①
甲烷的组成甲烷是由碳、氢两种元素组成的化合物,其化学式为CH4,是一种最简单的有机物,其中含氢元素的质量分数为25%,是氢元素含量最高的有机物。
②
甲烷的性质
a. 物理性质:无色,无味的气体,极难溶于水,它的密度比空气小。
b. 化学性质——可燃性
纯净的甲烷在空气中能安静地燃烧在火焰上方罩一冷而干燥的小烧杯,然后再换一个内壁有石灰水的小烧杯。
现象:烧杯内壁有水珠生成,烧杯内壁的石灰水变浑浊。
结论:甲烷中含有碳元素和氢元素,是由碳和氢两种元素组成的化合物,化学式为CH4。
化学方程式:CH4+O2
CO2+H2O
c. 当甲烷与氧气或空气混合后,点燃就有发生爆炸的危险(按体积计算爆炸极限为5%—15%),所以在煤矿的矿井里必须采取通风,严禁烟火等安全措施,以防甲烷和空气等混合发生爆炸。
煤,石油,天然气的区别
|
煤 |
石油 |
天然气 |
形成 |
古代植物被埋在地下经过一系列复杂变化而形成 |
古代植物遗骸在地壳中经过复杂变化而形成 |
元素组成 |
主要含C;少量含:H、N、S、O等 |
主要含C、H,少量含S、N、O |
主要含C、H,主要成分是CH4 |
类别 |
混合物(由有机物和无机物组成) |
混合物(多种有机物) |
混合物 |
形态 |
黑色固体,有光泽,人称“黑色金子”,无固定的熔点,沸点,具有可燃性 |
粘稠液体,黑色或棕色,不溶于水,密度比水小,无固定的熔点,沸点 |
无色无味气体,密度比空气小,极难溶于水 |
性质 |
煤焦炭,煤焦油、煤气等 |
石油溶剂油,汽油,航空煤油,煤油,柴油等 |
易燃烧,产生明亮的蓝色火焰,化学方程式为CH4+2O2CO2+2H2O |
化石燃料燃烧与环境的关系:
①
化石燃料燃烧产生的物质化石燃料煤、石油和天然气都是含碳元素的物质.其中还含硫元素等杂质。这些燃料燃烧时,会产生二氧化硫等污染空气的气体,燃料燃烧不充分,会产生一氧化碳和碳粒,加上未燃烧的碳氢化合物,如果直接排放到空气中必然对空气造成污染化石燃料燃烧时排放出的物质有:
a.一氧化碳:
b.碳氢化合物;
c.碳粒和尘粒;
d.二氧化碳
②
煤燃烧产生的有害物质
由于煤所含元素有C、H、N、S、O等几种,所以煤燃烧时会排放出二氧化硫、氮的氧化物等.这些气体溶于水会形成酸雨,酸雨会对森林、雕像、建筑物等造成腐蚀。当煤未充分燃烧时,会产生一氧化碳,一氧化碳是夺气的污染物。煤在燃烧时,会散出固体小颗粒(未燃烧的碳粒),造成对空气的粉尘污染。家庭里用煤炉烧煤时,常常会闻到一股激性气味,并看到炉口上方蓝色火焰、这种刺激气昧是烧煤时产生的二氧化硫的气味,蓝色火焰主要是生成的一氧化碳燃烧而产生的。二氧化碳的大量排放,超过自然界的消耗能力,就会引起温室效应,会使大气变暖,陆地减少。
③
减少煤燃烧污染的措施 a.燃烧低硫优质煤,或是采用燃料脱硫技术.减少SO
2的排放;
b.尽量使燃料完全燃烧;
c.减少化石燃料的使用,开发新能源:
d.植树造林;
e.变分散供热为集中供热。
④
汽车用燃料燃烧对空气的影响及减少空气污染的措施
|
燃料燃烧对空气的影响 |
减少空气污染的措施 |
汽车用燃料的燃烧 |
汽车使用的燃料 (汽油或柴油)燃烧产生的尾气中,主要污染物有一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物、含铅化合物和烟尘等 |
①改进发动机的燃烧方式,使汽油或柴油充分燃烧;②使用催化净化装置,使有害气体转化为无害物质;④使用无铅汽油。禁止含铅物喷排放,同时在管理上加入检测尾气的力度等 |
化石燃料的使用与开发:现有的化石燃料是有限的,而且是不可再生的,每种化石燃料都确有用尽的时候。下表是我同1998年探明的化石燃料储量及产量和使用年限
|
探明储量 |
年产量 |
使用年限 |
石油 |
32.7亿吨 |
1.6亿 |
约20年 |
天然气 |
1.37×104亿立方米 |
217亿立方米 |
约63年 |
煤 |
1145亿吨 |
12.4亿 |
约92年 |
从表中数据可以看出,节约能源是完全有必要的,也是十分重要的
节约能源,充分利用能源,使燃料充分燃烧,可从以下两个方面着手:
①燃烧时要有足够的空气;
②燃料与空气要有足够大的接触面积,充足的空气才能使燃料尽可能完全燃烧,与空气充分接触才能使其反应快,对能量的利用损失小,
概念:用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子,叫做化学式。如可用O2,H2O,MgO分别表示氧气、水、氧化镁的化学式。
对概念的理解: (1)混合物不能用化学式表示,只有纯净物才能用化学式表示。
(2)每一种纯净物只有一个化学式,但一个化学式有可能用来表示不同的物质。如氧气的化学式是O
2,没有别的式子再能表示氧气;P既是红磷的化学式,也是白磷的化学式。
(3)纯净物的化学式不能臆造,化学式可通过以下途径确定:
①科学家通过进行精确的定量实验,测定纯净物中各元素的质量比,再经计算得出。
②已经确定存在的物质可根据化合价写出。
书写规则: 1.单质化学式的写法:
首先写出组成单质的元素符号,再在元素符号右下角用数字写出构成一个单质分子的原子个数。稀有气体是由原子直接构成的,通常就用元素符号来表示它们的化学式。金属单质和固态非金属单质的结构比较复杂,习惯上也用元素符号来表示它们的化学式。
2.化合物化学式的写法:
首先按正前负后的顺序写出组成化合物的所有元素符号,然后在每种元素符号的右下角用数字写出每个化合物分子中该元素的原子个数。一定顺序通常是指:氧元素与另一元素组成的化合物,一般要把氧元素符号写在右边;氢元素与另一元素组成的化合物,一般要把氢元素符号写在左边;金属元素、氢元素与非金属元素组成的化合物,一般要把非金属元素符号写在右边。直接由离子构成的化合物,其化学式常用其离子最简单整数比表示。
化学式的读法:一般是从右向左叫做“某化某”,如“CuO”叫氧化铜。当一个分子中原子个数不止一个时,还要指出一个分子里元素的原子个数,如“P
2O
5”叫五氧化二磷。有带酸的原子团要读成“某酸某”如“CuSO
4”叫硫酸铜,还有的要读“氢氧化某”,如“NaOH”叫氢氧化钠。“氢氧化某”是碱类物质,电离出来的负电荷只有氢氧根离子。
化学式的意义:(1)
由分子构成的物质
|
|
化学式的含义 |
以H2O为例 |
质的含义 |
宏观 |
①表示一种物质 ②表示物质的元素组成 |
①表示水 ②表示水是由氢、氧两种元素组成的 |
微观 |
①表示物质的一个分子 ②表示组成物质每个分子的原子种类和数目 ③表示物质的一个分子中的原子总数 |
①表示一个水分子 ②表示一个水分子是由两个氧原子和一个氧原子构成的 ③表示一个水分子中含有三个原子 |
量的含义 |
①表示物质的相对分子质量 ②表示组成物质的各元素的质量比 ③表示物质中各元素的质量分数 |
①H2O的相对分子质R =18 ②H2O中氢元素和氧元素质量比为1:8 ③H2O中氢元素的质量分数=100%=11.1% |
(2)
由原子构成的物质(以Cu为例) 宏观:
表示该物质:铜
表示该物质由什么元素组成:铜由铜元素组成
微观:表示该物质的一个原子—一个铜原子。
化学式和化合价的关系:
(1)根据化学式求化合价
①已知物质的化学式,根据化合价中各元素的正负化合价代数和为0的原则确定元素的化合价。
标出已知、未知化合价:
列出式子求解:(+1)×2+x×1+(-2)×3=0 x=+4
②根据化合价原则,判断化学式的正误,如判断化学式KCO3是否正确
标出元素或原子团的化合价
计算正负化合价代数和是否为0:(+1)×1+(-2)×1=-1≠0,所以给出的化学式是错误的,正确的为K2CO3。
③根据化合价原则,计算原子团中某元素的化合价,如计算NH4+中氮元素的化合价和H2PO4-(磷酸二氢根)中磷元素的化合价。
由于NH4+带一个单位的正电荷,不是电中性的,因此各元素的化合价代数和不为多,而是等于+1. 设氮元素的化合价为x
x+(+1)×4=+1 x=-3
所以在NH4+中,氮元素的化合价为-3. 同理H2PO4-带一个单位的负电荷、不是电中性的、因此各元素的化合价代数和不为零,而是-1.
设磷元素的化合价为y
(+1)×2+y+(-2)×4=-1 y=+5 所以在H2PO4-中磷元素的化合价为+5.
④根据化合价原则,确定物质按化合价的排序。如H2S,S,SO2,H2SO4四种物质中均含有硫元素,并且硫元素的化合价在四种物质中分别为:-2,0, +4,+6,故这四种物质是按硫元素的化合价由低到高的顺序排列的。
(2)根据化合价写化学式
根据化合物中化合价的代数和等于0的原则,已知元素的化合价可以推求实际存在物质的化学式,主要方法有两种:
①最小公倍数法
|
步骤 |
举例 |
写 |
一般把正价元素的符号(或原子团)写在左边,负价元素的符号(或原子团)写在右边,并把化合价写在元素符号(或原子团)的正上方 |
、 |
求 |
求出两种元素化合价绝对位的最小公倍数,然后求出每种元素的原子个数= |
因为|-2|×|+3|=6,所以Al原子个数为6/3=2,O原子个数=6/2=3 |
标 |
将原子个数写在相应元素符号的正下角 |
Al2O3 |
验 |
检验各种元素正负化合价的代数和是否为0,确定化学式的正确性 |
(+3)×2+(-2)×3=0,所以该化学式正确。 |
②交叉法
|
步骤 |
例1 硫酸铜 |
例2 氧化钙 |
排列 |
分析名称,确定元素符号(或原子团)的顺序 |
铝 硫酸根 Al SO4 |
钙 氧 Ca O |
标价 |
标上化合价 |
、 |
、 |
约简 |
将化合价的绝对值约成最简整数比 |
、 |
、 |
交叉 |
将整数交叉写在元素符号(或原子团)的右下角 |
|
|
检验 |
根据正负化合价代数和是否为0,检验正误 |
(+3)×2+(-2)×3=0 |
(+2)+(-2)=0 |
确定化学式的几种方法:1. 根据化合价规则确定化学式
例1:若A元素的化合价为+m,B元素的化合价为-n,已知m与n都为质数,求A,B两元素化合后的物质的化学式。
解析:由题意知正、负化合价的最小公倍数为m ·n,A的原子个数为(m·n)/m=n,B的原子个数为 (m·n)/n=m
答案:所求化学式为AnBm.
2. 根据质量守恒定律确定化学式
例2:根据反应方程式2XY+Y2==2Z,确定Z 的化学式
解析:根据质量守恒定律,反应前后原子种类不变,原子数目没有增减,反应前有两个X原子,四个Y原子,则两个Z分子含有两个X原子和四个Y原子。
答案:z的化学式为XY2
3. 利用原子结构特征确定化学式
例3:X元素的原子核外有17个电子,Y元素的原子最外层有2个电子,求X、Y两元素所形成的化合物的化学式。
解析:X元素的原子核外有17个电子,Y元素的原子最外层有2个电子,X原子易得1个电子,Y原子易失2个电子,根据电子得失相等可求化合物的化学式为YX2
4.利用元素质量比确定化学式:
例4:有一氮的氧化物,氮、氧两元素的质量比为7: 4,求此氧化物的化学式。
解析:设此氧化物的化学式为NxOy,根据xN:yO =7:4 得14x:16y=7:4,即x:y=2:1。
答案:所求氧化物的化学式为N2O。
5. 利用化学式中所含原子数、电子数确定化学式
例5:某氮氧化合物分子中含有3个原子,23个电子,求此化合物的化学式。
解析:设此化合物的化学式为NxOy,则
x+y=3
7x+8y=23
解得x=1,y=2
答案:所求化学式NO
2。
利用化学式的变形比较元素的原子个数:例:质量相等的SO
2和SO
3分子中,所含氧原子的个数比为?
解析:SO
2的相对分子质量为64,SO
3的相对分子质量为80,二者的最小公倍数是320,二者相对分子质量相等时物质的质量相同,转化为分子个数SO
2 为320/64=5,SO
3为320/80=4,即5SO
2与4SO
3质量相同,所以含氧原子的个数比为(5×2):(4×3)=10:12=5:6。
四、利用守恒法进行化学式计算:
例:由Na2S、Na2SO3、Na2SO4三种物质构成的混合物中,硫元素的质量分数为32%,则混合物中氧元素的质量分数为?
解析:在Na2S,Na2SO3,Na2SO4中,钠原子与硫原子的个数比是恒定的,都是2:1,因而混合物中钠、硫元素的质量比(或质量分数比)也是恒定的。设混合物中钠元素的质量分数为x,可建立如下关系式。
Na ——S
46 32
x 32%
46/32=x/32%
解得x=46%
混合物中氧元素的质量分数为1-32%-46%=22%。
利用平均值法判断混合物的组成找出混合物中各组分的平均值(包括平均相对原子质量、平均相对分子质量、平均质量、平均质量分数等),再根据数学上的平均值原理,此平均值总是介于组成中对应值的最大值与最小值之间,由此对混合物的组分进行推理判断。
例:某气休可能由初中化学中常见的一种或多种气体组成,经测定其中只含C,O两种元素,其质量比为3:8,则该气体可能是?
解析:由题给条件知,该气体只含C,O两种元素,而这两种元素组成的气体可能是CO2、CO,O2。CO2中C,O两种元素的质量比是3:8,CO中C,O两种元素的质量比是3:4,O2中C,O两种元素的质量比是0 (因C的质量为0)。题中给出该气体中C,O两种元素的质量比是3:8,故符合题意的气体组成为:CO2或 CO,O2或CO,O2,CO2。
利用关系式法解题技巧:
关系式法是根据化学式所包含的各种比例关系,找出已知量之间的比例关系,直接列比例式进行计算的方法。
例: 多少克(NH4)2SO4与42.4g尿素CO(NH2)2所含的氮元素质量相等?
设与42.4g尿素中所含氮元素质量相等的(NH4)2SO4的质量为x
(NH4)2SO4——2N——CO(NH2)2
132 60
x 42.4g
132/x=60/42.4g
x=93.28
化学式前和化学式中数字的含义:①化学式前面的数字表示粒子(原子、分子)数目;
②离子符号前的数字表示离子的数目;
③化学式石一下角的数字表示该粒子中对应原子或原子团的数目;
④离子符号右上角的数字表示该离子所带电荷数。
表示方法:为了书写和学术交流的方便,采用国际统一的符号来表示各种元素,如:氢元素用“H”来表示,铁元素用“Fe”来表示等。
元素符号的写法: ①由一个字母表示的元素符号要大写,如:H、C、 S、P,K。
②由两个字母表示的元素符号,第一个字母要大写,第二个字母要小写(即“一大二小”)。如:Na、Mg、 Ca、Zn、Si。
元素符号和化学式的关系:
化学用语 |
元素符号 |
化学式 |
意义 |
宏观 |
表示一种元素 表示一种物质(由原子构成的物质) |
表示这种物质 表示这种物质由几种元素组成 |
微观 |
表示该元素的一个原子 |
表示这种物质的一个分子〔由分子构成的物质) 表示一个分子含有各原子的个数(由分子构成的物质) |
量的意义 |
—— |
表示这种物质的相对分子质量 表示这种物质中各元素的原子个数比和质量之比 表示物质中各组成元素的质量分数 |
举例 |
H 表示氢元素 表示一个氢原子 |
H2O 表示水 表示水是由氢元素和氧元素组成的 表示1个水分子 表示1个水分子中含有2个氢原子和1个氧原子 |
注意事项 |
单独的化学式和元素符号,既有宏观意义,又有微观意义化学式和元素符号前加上数字,则只表示微观意义,即只表示相应的粒子个数,如“2H”表示两个氢原子,"3H2O"表示三个水分子化学式中元素符号右下角的数字表示每个分子中所含该元素原子的个数,如“CO2”中的”2”表示一个二氧化碳分子中含有两个氧原子 |
概述:
金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属的上述特质都跟金属晶体内含有自由电子有关。在自然界中,绝大多数金属以化合态存在,少数金属例如金、铂、银、铋以游离态存在。金属矿物多数是氧化物及硫化物。其他存在形式有氯化物、硫酸盐、碳酸盐及硅酸盐。金属之间的连结是金属键,因此随意更换位置都可再重新建立连结,这也是金属伸展性良好的原因。金属元素在化合物中通常只显正价。
金属物理性质的共性:大多数金属在常温下是固体,具有金属光泽,是电和热的良导体,具有良好的延展性,密度较大,熔沸点较高。
金属物理性质的特性: 不同的金属有其各自的特性。如铁、铝等大多数金属都呈银白色,但铜呈红色,金呈黄色;常温下,铁、铝、铜等大多数金属都是固体,但汞是液体;不同金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等物理性质差别也较大,见下表。
用途:
钛和钛的合金:可用于制造喷气发动机,轮船外壳,反应器和电信器材。
锌:锌镀在铁的表面,以防止铁被腐蚀;锌还常用于电镀、制造铜合金和干电池。
铜:制造电线、电缆和各种电器。
铝:来冶炼高熔点金属;导电性仅次于银和铜,常用于制造电线和电缆。
物质的性质和用途的关系: ①物质的性质在很大程度上决定了物质的用途,但实际运用时,还需要考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利,以及废料是否易于回收和对环境的影响等多种因素。
②应用举例
a.日常生活中菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制,这是因为铁的硬度比铅大,并且铅对人体有害。
b.虽然银的导电性比铜好,但由于银的价格比铜高得多,所以电线一般用铜制而不用银制。
c.灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制,这是因为钨是熔点最高的金属,高温时钨丝不易熔化;而锡的熔点最低 (只有232℃),如果用锡制灯丝,只要一开灯,灯丝就会断开,灯泡不能发光。 d.铁制水龙头要镀铬,这是因为镀铬既美观,又耐腐蚀,可延长水龙头的使用寿命。
e.在日常生活中我们还经常用到其他金属,如温度计中的液态金属汞、干电池的锌皮、热水瓶内胆上镀的金属银等。
酸的用途很广泛:
1. 盐酸:用于金属表面除锈,制造药物等,人体胃液中含有盐酸帮助消化。
2. 硫酸:用于生产化肥、农药、火药、染料以及冶炼金属、精炼石油等;实验室常用作干燥剂。
3. 硝酸:主要应用于制造化肥,以及硝酸盐工业。
4. 醋酸:生活中既可作食品调味,也可用于清洗热水瓶内水垢。
常见盐的用途:
1. 氯化钠(NaCl):作调味品和防腐剂,医疗上配置生理盐水。重要的化工原料碳酸钠(Na2CO3):制烧碱,广泛用于玻璃、纺织、造纸等
2. 碳酸氧钠(NaHCO3):工业焙制糕点的发酵粉的主要成分,医疗上治疗胃酸过多
3. 碳酸钙(CaCO3):实验室制取CO2,重要的建筑材料,制补钙剂
4. 硫酸铜(CuSO4): 农业上配制波尔多液,实验室中用作水的检验试剂,精炼铜
5. 高锰酸钾(KMnO4):常作消毒剂