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,
有机化合物: (1)
概念:通常人们将含有碳元素的化合物称为有机化合物,简称有机物,如甲烷、乙醇、葡萄糖、淀粉等。
(2)
组成和结构:有机物都含碳元素,多数含有氢元素,可能还含有氧、氮、氯、硫、磷等元素。有机物中碳原子不仅可以和H,O,Cl,,N等原子直接结合,而且碳原子之间也可以互相连接成链状或环状。原子的排列方式不同,形成有机物的结构就不同,所表现出来的性质也不同。
(3)
特点:大多数有机化合物都难溶于水,易溶于有机溶剂,大多数有机化合物受热易分解,且容易燃烧,燃烧产物有CO
2和水;绝大多数有机化合物不易导电、熔点低。
(4)
分类: ①有机物小分子:相对分了质量较小,如乙醇,甲烷、葡萄糖等。
②有机高分子化合物:简称有机高分子,其相对分子质量比较大,从几万到几十万,甚至高达几百万或更高,如淀粉、蛋白质等。
无机化合物:(1)
概念:无机化合物简称无机物,通常指不含碳元素的化合物,但少数含碳元素的化合物,如CO,CO
2, H
2CO
3,CaCO
3等,不具有有机化合物的特点,归在无机化合物中。
(2)
分类:无机化合物根据元素组成及在水中离解成的粒子特点分为氧化物、酸、碱,盐。
氧化物,酸,碱,盐的比较:
物质类别 |
概念 |
分类 |
氧化物 |
由两种元素组成,期中一种是氧元素 |
金属氧化物:由金属元素与氧元素组成,如MgO,Fe2O3等 非金属氧化物:由非金属元素与氧元素组成,如CO2、SO2、H2O等 |
酸 |
能离解成氢离子和酸根离子的化合物 |
含氧酸:如H2SO4、H2CO3、HNO3等无氧酸:如HCl,H2S等 |
碱 |
由金属离子和氢氧根离子构成的化合物 |
可溶性碱:如NaOH,Ca(OH)2等不溶性碱:如Mg(OH)2、 Fe(OH)3等 |
盐 |
由金属离子(或铵根离子)和酸根离子构成的化合物 |
正盐:如NaCl、NH4Cl、Na2CO3,仅由金属离子或钱根离子和酸根离子两部分组成酸式盐:如NaHCO3、NH4HCO3,由金属离子或铵根离子、酸式酸根离子构成碱式盐;如Cu2(OH)2CO3,由金属离子、酸根离子和氢氧根离子构成 |
有机化合物与无机化合物的主要区别:
|
有机化合物 |
无机化合物 |
溶解性 |
多数不溶于水。易溶于有机溶剂 |
有些溶于水而不溶于有机溶剂 |
耐热性 |
多数不耐热。熔点较低,一般在400℃ 以下 |
多数耐热,难熔化,熔点一般比较高 |
可燃性 |
多数可以燃烧 |
多数不能燃烧 |
概念的理解:
像NaCl、H
2SO
4和NaOH等不含碳元素的化合物称为无机化合物,而少数含碳元素的化合物,如CO,CO
2和CaCO
3等虽然含有碳元素,但具有无机化合物的特点,也把它们看作无机化合物。有机物一定含有碳元素,但含有碳元素的化合物不一定是有机物。含有碳元素但不属于有机物的化合物主要包括: 碳的氧化物、碳酸、碳酸盐和碳酸氢盐。
概述: 碳是一种非金属元素,位于元素周期表的第二周期IVA族。拉丁语为Carbonium,意为“煤,木炭”。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加石字旁构成,从“炭”字音。碳是一种很常见的元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用,碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。碳能在化学上自我结合而形成大量化合物,在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。
碳的存在形式: 碳的存在形式是多种多样的,有晶态单质碳如金刚石、石墨;有无定形碳如煤;有复杂的有机化合物如动植物等;碳酸盐如大理石等。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同,各有各的外观、密度、熔点等。
碳的化学性质:1.稳定性:在常温下碳的化学性质稳定,点燃或高温的条件下能发生化学反应
2.可燃性:
氧气充足的条件下:C+O
2CO
2 氧气不充分的条件下:2C+O
22CO
3.还原性:
木炭还原氧化铜:C+2CuO
2Cu+CO
2↑
焦炭还原氧化铁:3C+2Fe
2O
34Fe+3CO
2↑
焦炭还原四氧化三铁:2C+Fe
3O
43Fe+2CO
2↑
木炭与二氧化碳的反应:C+CO
2CO
碳”与“炭”的区别:“碳”是一种核电荷数为6的非金属元素,而“炭” 一般是指由石墨的微小晶体和少量杂质组成的混合物,如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。在说明碳元素时,用“碳”表示,如碳单质、二氧化碳、碳酸等;在说明含石墨的无定形碳时,用“炭”表示,如木炭、焦炭等。
碳燃烧生成物的判断:氧气量充足时,碳充分燃烧:C+O
2CO
2 氧气量不充足时,碳不充分燃烧:2C+O
22CO
mg碳与ng氧气反应:
①
时,生成物只有CO,且O
2有剩余;
②
时,恰好完全反应生成CO
2;
③
时,生成物既有CO
2,也有CO;
④
时,恰好完全反应生成CO;
⑤
时,生成物只有CO,且C有剩余。
碳单质及其化合物间的转化:(1)C+2CuO
2Cu+CO
2↑
(2)C+O
2CO
2(3)3C+2Fe
2O
34Fe+3CO
2↑
(4)2C+O
22CO
(5)CO
2 + H
2O===H
2CO
3(6)H
2CO
3==CO
2 + H
2O
(7)2CO + O
22CO
2 (8)C+CO
22CO
(9)3CO + Fe
2O
32Fe + 3CO
2 (10)CO+ 2CuO
2Cu + CO
2 (11)Ca(OH)
2 + CO
2====CaCO
3↓+ H
2O
(12)CaCO
3+2HCl==CaCl
2+CO
2↑+H
2O
(13)CaCO
3CaO+CO
2
(14)CaO+H
2O==Ca(OH)
2(15)C
2H
5OH+3O
22CO
2+3H
2O
(16)CH
4+O
2CO
2+2H
2O
溶液的酸碱度及表示方法
1. 溶液的酸碱性:溶液呈酸性、碱性或中性,通常用指示剂来测定。
2. 溶液的酸碱度:指溶液酸碱性的强弱程度,即酸碱度是定量表示溶液酸碱性强弱的一种方法.溶液的酸碱度通常用pH表示。
3. pH的范围:0—14
溶液酸碱度和pH值的关系
溶液的pH值 |
溶液的酸碱度 |
<7 |
酸性溶液(pH越小,酸性越强) |
=7 |
中性溶液 |
>7 |
碱性溶液(pH越大,碱性越大) |
(1)呈酸性的溶液不一定是酸溶液,如NaHSO
4溶液呈酸性,但属于盐溶液;呈碱性的溶液不一定是碱溶液,如Na
2CO
3溶液呈碱性,但它也是盐溶液。
(2)粗略测定溶液的酸碱度常用pH试纸。
pH的测定方法:测定溶液pH通常用pH试纸和pH计。其中用pH试纸测定溶液pH的具体操作为:测定时,将pH试纸放在表面皿上,用干净的玻璃棒蘸取被测溶液并滴在pH试纸上,半分钟后把试纸显示的颜色与标准比色卡对照,读出溶液的pH,简记为:“一放、二蘸、三滴、四比”。
改变溶液pH的方法:溶液的pH实质是溶液中H
+浓度或OH
-浓度大小的外在表现。改变溶液中H
+浓度或OH
-浓度,溶液的pH就会发生改变。
方法一加水:只能改变溶液的酸碱度,不能改变溶液的酸碱性,即溶液的pH只能无限地接近于7。
①向酸性溶液中加水,pH由小变大并接近7,但不会等于7,更不会大于7(如下图所示)。
②向碱性溶液中加水,pH由大变小并接近于7,但不会等于7,更不会小于7(如下图所示)。
方法二加酸碱性相同,pH不同的溶液:原溶液酸碱性不会发生变化,但混合后溶液的pH介于两种溶液之间:
方法三加酸碱性相反的溶液:混合后发生中和反应,溶液的pH可能等于7,若加入的溶液过量,原溶液的酸碱性就会与原来相反(如下图所示)。
pH值测定时的注意事项:①不能直接把pH试纸浸入待测的溶液中,以免带入杂质,同时还可能溶解pH试纸上的一部分指示剂,致使比色时产生较大误差。
②不能先用水将pH试纸润湿再进行测定。因为将待测溶液滴到用水润湿后的pH试纸上,其溶质质量分数将变小。
③用pH试纸测得溶液的pH一般为整数。
了解溶液的酸碱度的重要意义: ①化工生产中许多反应必须在一定pH溶液里才能进行;
②在农业生产中.农作物一般适宜在pH为7或接近于7的土壤中生长;
③测定雨水的pH(因溶解有二氧化碳,正常雨水的pH约为5.6,酸雨的pH小于5.6),可以了解空气的污染情况;
④测定人体内或排出的液体的pH,可以了解人体的健康状况。
身边一些物质的pH: