课题2燃料的合理利用与开发

专题二

燃料的合理利用与开发

1.化学反应中能量的变化

生活经验告诉我们，燃料燃烧时会产生热量。

那么，能量是不是只能通过燃烧才能获得呢？

由实验可知，生石灰遇水反应放热。化学反应过程中的这种放热现象出现在许多化学反应中。事实和研究证明，化学反应在生成新物质的同时，伴随着能量的变化。化学不仅研究物质的性质、组成、结构和变化，而且研究伴随物质变化过程的能量变化。能量的变化通常表现为热量的变化。有些反应放出热量，如氧化钙与水、镁与盐酸反应等；有些反应会吸收热量，例如二氧化碳和二氧化碳之间的反应。

当今社会，人类所需要的能源大部分是通过化学反应产生的，最常见的就是生活燃料的使用，比如利用化学反应产生的能量做饭、取暖等。此外，人们还利用燃烧等化学反应产生的能量来发电、烧制陶瓷、冶炼金属、发射火箭等。爆炸是瞬间产生巨大能量的反应。爆破可用于采煤、开山爆石、拆除旧建筑；等等。因此，燃料作为一种重要的能源，对人类社会十分重要。

2. 化石燃料的利用

目前，人们使用的燃料大部分来自化石燃料，如煤炭、石油和天然气。化石燃料是古代生物的遗骸经过一系列复杂的变化而形成的不可再生能源。

1.煤炭和石油

煤是一种复杂的混合物，主要含有碳，此外还含有氢和少量的氮、硫、氧等元素和无机矿物质。煤作为燃料主要是利用碳和氧反应放出的热量。

煤的综合利用是将煤与空气隔绝，加强放热，使煤分解成许多有用的物质，如焦炭、煤焦油、瓦斯等。一些地方以煤气为生活气城市，其主要成分是氢气（H2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）等气体。

从油井中开采出来的油称为原油，是一种粘稠的液体。石油主要含有碳和氢两种元素。将油加热精炼，利用不同的沸点分离油中的不同成分，得到不同的产品，从而实现油的综合利用。

2、天然气

哪里有石油，哪里就有天然气。天然气主要是由碳和氢组成的气态碳氢化合物，其中最重要的是甲烷（CH 4 ）。

池底常含有甲烷，池中的气体通常称为沼气。秸秆、杂草、人畜粪便等废弃物在封闭式沼气池中发酵产生甲烷，可用作燃料。

3、化石能源的合理利用与开发

人类目前消耗的能源主要来自化石能源，而化石能源的形成需要数百万年的时间。资源是有限的，随着化石能源的使用越来越多，化石能源越来越难以满足人类的需求。

3、燃料使用对环境的影响

燃料的使用促进了经济的发展，给人们的生活带来了很多便利。然而，在利用化石燃料造福人类的同时，也带来了一些问题，如对环境的不利影响和资源枯竭等。化石燃料的燃烧造成空气污染的原因如下：

燃料中的一些杂质如硫磺燃烧时，会产生二氧化硫等空气污染物；

燃料燃烧不充分，产生一氧化碳等；

未燃烧的碳氢化合物、碳粒、尘粒等被排放到空气中，形成浮尘。

排放二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）等污染物。生成的产物溶解在雨水中形成酸雨。这个问题越来越受到人们的重视。目前，我国大力推广使用脱硫煤，许多地方已经用天然气替代煤炭。

目前，大多数汽车使用汽油或柴油燃料。它们在燃烧过程中产生的一些物质，如一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮氧化物、含铅化合物和烟尘等，会随废气直接排放到空气中，造成空气污染。

为了减少汽车尾气造成的空气污染，在燃料使用和汽车制造技术方面采取了一些措施；一些城市的一些汽车使用压缩天然气（CNG）或液化石油气（LPG）作为燃料以减少空气污染。

在汽油中加入适量的乙醇作为车用燃料（车用乙醇汽油），可以适当节约石油资源，在一定程度上减少汽车尾气污染。乙醇（C2H5OH），俗称酒精，可由高粱、玉米、马铃薯等的馅料经发酵蒸制而成。乙醇在空气中燃烧时放出大量的热，可用作酒精灯、内燃机等的燃料。

4、能源的利用与开发

随着能源需求的不断增加，化石燃料等不可再生能源面临枯竭的危险，化石燃料对环境的影响不容忽视。因此，开发利用新能源已成为日益迫切的要求。

氢作为一种能源，越来越受到人们的关注。氢气本身无毒，完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的2倍（液氢完全燃烧约为同质量汽油的3倍），燃烧

最终产品是水，不会污染空气。因此，它被认为是一种理想的清洁、高能燃料。目前，液氢作为一种高能燃料，已应用于航空航天等领域；作为化学电源，氢氧燃料电池已被应用，如汽车的驱动电源。

我们知道电解水可以产生氢气。在实验室中，我们常将锌与稀硫酸反应生成氢气（如图7-40所示）。该反应的化学方程式为：

Zn+H2SO4 = ZnSO4+H2

目前，氢能在生活和生产中的大规模利用还存在一定困难。由于制氢成本高，储存困难，暂时还没有被广泛用作燃料和化学动力源。随着科学技术的发展，氢能的开发取得了长足的进步，氢气终将成为主要能源之一。

学完这个课题你应该知道

1、物质发生化学反应时，伴随着能量的变化，通常表现为热的变化，即有放热现象或吸热现象。

2.石油、煤炭、天然气等化石燃料是重要的能源。

3、使燃料充分燃烧通常考虑两点：一是燃烧时有足够的空气；另一个是燃料和空气之间有足够大的接触面。

4、燃烧化石燃料可能对环境产生不利影响，应选择不污染环境或对环境污染小的燃料。在化石燃料中，天然气是一种相对清洁的燃料。

5.化石燃料面临枯竭的危险。合理开发、利用和发展化石燃料以外的清洁燃料具有重要意义。资源综合利用与新能源开发。