9.2 能源的综合利用 课件-2025-2026学年九年级化学沪教版(2024)下册

第2节 能源的综合利用 第9章 化学与社会可持续发展 沪教版·九年级化学 学习目标 1.能从化学视角认识常见的能源； 2.能认识能源的开发利用可能会对环境造成的影响； 3.能初步形成低碳节能、保护环境的态度，增强合理使用能源的意识，逐步树立人与自然和谐共生的科学自然观和绿色发展观。 新课导入 太阳能 核能 风能 地热能 电能 化石燃料 像化石燃料、太阳能、地热能、风能、电能、核能等能够提供能量的物质或资源，都是能源。 交流讨论 上图展示的几种类型的能源中，可再生能源有哪些?不可再生能源有哪些?你还知道的可再生能源有哪些? 可再生能源： 太阳能、风能、地热能 不可再生能源： 煤炭、石油、天然气 探索新知 一、化石然料的合理使用 1.化石燃料包括____、______、_______，是_____再生资源。 煤 石油 天然气 不可 2.天然气、沼气、油田气的主要成分是__________，写出其燃烧的化学方程式___________________。 甲烷(CH4) 3.石油是成分复杂的_________。其主要组成元素是_______。 混合物 C、H 4.煤是成分复杂的_______。其主要成分元素的____，还含有____________等元素。 混合物 C H、O、N、S 思考:根据化石燃料的组成元素判断其燃烧产物可能是什么? 观察思考 观察甲烷的颜色、状态。在导管口点燃甲烷(点燃前须先验纯)，在火焰上方罩一个干燥的烧杯。过一会儿观察烧杯内壁上的现象。再迅速把烧杯倒转过来，向烧杯内加入少量澄清石灰水，振荡。 在上述实验中，你观察到了什么现象?推测甲烷燃烧生成了哪些产物。 点击图片播放视频 甲烷在空气里燃烧 思考:怎样合理利用有限的化石燃料资源，减少化石燃料造成的环境问题呢? 化石燃料在一定条件下通过物理、化学方法加工、炼制，可以得到各种有广泛用途、有很高利用价值的有机化合物。 石油分馏 拓展视野 石油分馏是物理变化 点击图片播放视频 石油的综合利用 煤气生产装置 炼焦炉 把煤隔绝空气加强热，可以分解得到焦炭、煤焦油和焦炉煤气等。 煤的深加工 焦炭是冶金工业的重要原料； 煤焦油中含有多种有机化合物，是化工生产的重要原料； 焦炉煤气则是重要的燃料。 点击图片播放视频 煤的综合利用 通过化石燃料的综合利用，可以得到许多重要的化工产品。利用这些化工产品可以制备许多有机高分子化合物,并进一步制造许多生活、生产中使用的优良性能的合成材料。 点击图片播放视频 可燃冰 可燃冰 的优点有哪些? 可燃冰极易燃烧，燃烧后仅生成二氧化碳和水，污染小，热值高。 二、清洁能源的开发利用 太阳能 根据下图说一说:太阳能是如何转化利用的? 太阳能 根据下图说一说:太阳能是如何转化利用的? 太阳能 各种形式的化学反应 化学能 各种形式的化学反应 热能 光能 电能 交流讨论 尽管太阳辐射到地球的能量仅为其总辐射能量的22亿分之一，每秒也已高达1.73×1017J。太阳每秒照射到地球上的能量相当于燃烧500万吨优质煤释放的能量。太阳能的开发和利用引起科学家的广泛关注。请你提出可能的太阳能利用途径，并与同学讨论交流。 太阳能 绿色植物通过光合作用吸收太阳能。 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 光照 叶绿素 光合作用实现了_____能向_____的转化。 太阳 化学 太阳能 光—热转换 太阳能的利用 光—电转换 生物质能 生物质能是太阳能经过光合作用以有机物质的形式固定下来的能源,这些有机物质通常称为生物质。开发利用生物质能是开源节流、保护环境的重要措施。 生物质能 乙醇俗称酒精，化学式为C2H5OH ，是一种无色透明、具有特殊香味的液体。 乙醇易挥发，能与水以任意比例互溶，是工业上重要的溶剂。 乙醇在空气中易燃烧，燃烧时产生淡蓝色火焰，生成二氧化碳和水，同时放出大量的热。 乙醇燃烧的化学方程式是: C2H5OH + 3O2 2CO2+3H2O 点燃 点击图片播放视频 乙醇 点击图片播放视频 乙醇汽油 氢能 阅读教材，为什么说氢能是“绿色能源”? ①氢气是一种可燃性气体，它在氧气中完全燃烧放出的热量多; ②水可以作为制取氢气的原料(可分解水制取氢气),资源不受限制; ③氢气的燃烧产物是水，不会污染环境。 氢能 点击图片播放视频 交流讨论 我们已学过几种制取氢气的原理，如锌等活泼金属与稀硫酸反应制取氢气，电解水制取氢气等。请写出上述制取氢气反应的化学方程式。 Zn+H2SO4 = ZnSO4 +H2↑ 2H2O 2H2↑ + O2↑ 通电 交流讨论 用电解方法可以使水分解为氢气和氧气，但要消耗大量的电能。科学家致力于研究用其他方法由水制取氢气。试说明利用太阳能获得氢气的优点。 利用太阳能获得氢气的优点：清洁、环保、可再生。 氢能应用 点击图片播放视频 批判性思维 氢能作为新能源有很多优点，被人们看作是理想的“绿色能源”。目前氢能的开发利用还存在一些困难，难以得到广泛应用。用辩证的观点对使用氢能源可能出现的利弊进行分析，从某一方面提出解决问题的设想或方案。 三、化学电池的广泛应用 化学电池是一种能量转化与储存的装置，可以将化学能转化为电能。 化学电池 体积小 转化效率高 使用方便 拓展视野 常见的化学电池 干电池因填装的化学物质是不能流动的糊状物而得名，使用方便，广泛应用于电筒、电子钟等，以及国防、科研、航空等各个领域。 拓展视野 常见的化学电池 蓄电池是一种能够通过化学反应实现再充电的装置。铅蓄电池较为常见，常用于车辆电力系统、移动电源和照明系统等。 拓展视野 常见的化学电池 锂离子电池具有体积小、电压高、使用寿命长、相对环保等优点，主要应用于电动汽车、智能设备等领域。 拓展视野 常见的化学电池 用砂纸擦去铜片和锌片表面的氧化膜。用导线将铜片和锌片分别连接到电流表的正极和负极，然后把铜片和锌片一起插入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。 实验中，电流表的指针是否发生了偏转?从能量转化角度分析，该现象说明了什么? 化学能转化为电能的实验 点击图片播放视频 1.下列关于煤、石油、天然气的说法中，正确的是（ ）。 A.都是不可再生能源 B.都属于纯净物 C.都只含碳、氢两种元素 D.完全燃烧都只有二氧化碳和水生成 A 2.沼气是生物质能的一种，其主要成分是CH4。管道煤气中的有效成分是CO、H2和CH4。 (1)分别写出CO、H2和CH4完全燃烧的化学方程式: 2CO + O2 2CO2 点燃 2H2 + O2 2H2O 点燃 CH4 + 2O2 CO2+2H2O 点燃 2.沼气是生物质能的一种，其主要成分是CH4。管道煤气中的有效成分是CO、H2和CH4。 (2) CO、H2和CH4各10g，完全燃烧时消耗氧气最多的是______，最少的是________。 H2 CO (3)用植物秸杆、牲畜粪便等可制沼气。简述推广使用沼气作燃料的意义。 ①能够充分利用植物秸秆、牲畜粪便等废弃物，做到废物利用、节约资源；②沼气完全燃烧产生二氧化碳和水，比较环保。 3.目前人类利用最多的能源是煤、石油、天然气等化石燃料。氢气被认为是最理想的燃料。为了提高煤的利用率，工业上可将煤气化，此反应可看做是碳和水在高温条件下反应生成一氧化碳和氢气。请写出该反应的化学方程式。你认为煤的综合利用的优点是什么? C + H2O CO+H2 高温 提高资源利用效率、促进经济发展、减少环境污染。 4.2008年北京奥运会火炬使用丙烷(C3H8)作为燃料，2023年杭州亚运会火炬使用甲醇(CH3OH)作为燃料。 (1)等质量的丙烷、甲醇完全燃烧，哪种物质产生的二氧化碳较少? 丙烷中碳元素的含量 甲醇中碳元素的含量 等质量的丙烷、甲醇完全燃烧，甲醇产生的二氧化碳较少。 (2)甲醇可以通过二氧化碳加氢来合成： 如果合成3.2t甲醇，可以消耗多少吨二氧化碳？ 解：合成3.2t甲醇，可以消耗二氧化碳的质量为x 。 CO2 + H2 CH3OH+H2O 高温 催化剂 CO2 + 3H2 CH3OH+H2O 高温 催化剂 44 32 x 3.2t 计算得x =4.4t 答：可以消耗 4.4 吨二氧化碳。 5.随着科技发展，电池成为生活中重要的能量来源。请你通过查阅资料、开展社会调查等方式，了解身边各类电池的使用情况。 课堂小结 能源 传统能源 新能源 煤、石油、天然气等 风能、太阳能、氢能、生物质能等 $$酶是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，组成元素以碳为主，还含有少量氢氧、氮、硫等元素。如果将煤直接燃烧，会造成较为严重的环境污染，所以通常要将煤转化成洁净的燃料和多种化工原料。实现煤的综合利用，主要途径有煤的干馏、煤的气化和煤的液化。煤的干馏是指将煤隔绝空气，加强热使之分解的过程，工业上也叫霉的焦化。从酶的干馏产物中可获得苯等多种化工原料，可用作染料、染料、医药、农药、合成材料、注入材料等。煤的气化是将其转化为可燃性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等。而煤的液化有两种方式，一种是直接液化，使煤与氢气作用生成液体燃料。另一种是间接液化，先转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成甲醇等，三个途径都发生化学变化。 乙醇是有机化合物，分子式为碳二氢六氧，结构简式为碳氢、三碳氢、二氧氢和碳二氢五氧氢，俗称酒精，是最常见的一元醇。乙醇在常温常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体，低毒性纯液体，不可直接饮用，具有特殊香味并略带刺激，微甘并伴有刺激的辛辣滋味。易燃，其蒸气能与空气形成爆炸性混合物，且能与水以任意一笔互溶，能与氯仿、乙醚、丙酮等其他多数有机溶剂混溶。乙醇液体密度为0.7八九克每立方厘米，乙醇气体密度为1.5 9000克每立方米，相对密度为0.816，相对分子质量为46.07克每摩尔，沸点是78.4摄氏度，熔点是零下114.3摄氏度。醇的用途很广，可用乙醇制造醋酸、染料、燃料等，医疗上也常用体积分数为70%至75%的乙醇作为消毒剂，在国防化工、医疗卫生、食品工业以及工农业生产中都有广泛的用途。 乙醇燃料也称为乙醇汽油，是指在不含MTBE含氧添加剂的专用汽油组分油中，按体积比加入一定比例的变性燃料乙醇。由车用乙醇汽油定点调配中心按国标GB183512004的质量要求，通过特定工艺混配而成的新一代清洁环保型车用燃料。能源结构调整和降低环境污染推动了乙醇燃料的发展。乙醇燃料无限溶于水，与烃类燃料相容性差。乙醇可以单独作为汽车燃料，也可和汽油或柴油混合形成混合燃料。燃料乙醇中主要杂质是正丙醇，它是一种可再生能源。大量的实验研究和成功的实践都证明，乙醇作为汽车的代用燃料是完全可行的。目前，乙醇作为燃料应用在汽油机上的技术已经相当成熟了，但在柴油机上的应用受到与柴油不能混溶的限制，尚未产业化。 同心硫酸原电池。主要实验用品有稀硫酸溶液。电流表。烧杯。铜片、锌片等。向烧杯中加入稀硫酸溶液。溶液体积约占烧杯体积的3分之1左右。将芯片插入盛有稀硫酸溶液的烧杯中，我们看到芯片上有气泡产生。再在烧杯里平行插入一块铜片，铜片上没有任何现象发生，这是什么原因？这是由于锌的金属活动性比氢强，铜的金属活动性比氢弱，所以硫酸中的氢可以被锌置换，而不能被铜置换。用导线将芯片与电流表的负极相连。铜片与电流表的正极相连。电流表上的指针发生偏转，说明有电流通过。这就是铜锌硫酸原电池装置。锌比铜活泼，用作原电池的负极，在反应中失去电子形成锌离子进入溶液，发生的是氧化反应。铜作为正极，电子经导线流入正极，稀硫酸溶液中的氢离子在正极得到电子而生成氢气，发生的是还原反应。这个实验的总反应方程式为。我们再来重点观察一下烧杯中锌片和铜片上的现象。用导线连接后，芯片逐渐溶解，铜片上产生较多气泡。电流表上的现象，电流表上的指针发生偏转。由于发生氧化还原反应而产生电流，这就是将化学能转化为电能的装置。原电池这个实验里我们应该注意以下几点，一、实验中使用的铜片的面积最好要大一点，便于学生观察。2、使用的芯片越纯越好，这样可以减少芯片上的气泡。3、电流表应选择好量程，使指针能有较大的偏转。 甲烷在空气里燃烧，点燃从导管放出的甲烷，在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯，观察到烧杯内壁很快出现水雾，将烧杯迅速倒转，倒入少量澄清石灰水震荡。观察到澄清石灰水变浑浊。 因为我们国家我们知道我们是很多能源都是对外依存度比较高，而我们国家在风光资源是相对比较丰富的。一个是从战略上考虑，另外也是为了降碳来考虑，氢能发展是大有前景的，北京市对氢能发展推动力度非常大。现在目前用的主要这么几方面，一个是公交领域，另外还有一个就是环保这块。这个用车，还有一些大型的卡车，在这几个方面用的比较多。当然还在探索氢能发电的这方面，也在积极探索这方面的应用场景。我们的新能源装备目前是它的设计能力是每小时2000标的，大概一个月就是100吨左右。整整个已经是蛮符合供应北京市场的。但是北京市场需求量要超过这个情况，超过这个力度，所以我们又新建了一个一万例的体重装置，就在我们背后的这个装置，所以也是要把这个燃料电子器的供给能力来进一步提升。清洁新能源装置建成以后，它的能力是每天20吨的，就有目前的四吨提升到20吨这么个设计能力。 石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，从矿井里开采出来的石油叫原油。原油很少被直接使用，更多使用的是汽油、煤油、柴油等燃料，这就涉及到石油的综合利用。石油的分馏、催化裂化、裂解以及催化重整等都是炼制加工石油的重要手段。石油的分馏是指利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程，可以理解成多次的蒸馏，属于物理变化。石油经分馏后，可以获得石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油、重油、等流分。它们都是混合物，其中都含有多种听。随着听分子含有的碳原子数的增加，碳链长度增加，相对分子质量增大，它们的沸点也逐渐升高。为了提高从石油中得到的汽油等轻质油的产量和质量，可以石油分流产品为原料，在加热、加压和催化剂存在下，使相对分子质量较大、沸点较高的听断裂成相对分子质量较小、沸点较低的听，这个过程就是石油的催化裂化。例如，相对分子质量较大的石榴完可以裂化为含八个碳原子、烷烃和烯烃，进一步裂解可以获得乙烯等重要化工原料。裂解是更深度的裂化，是在更高的温度下使长链烃断裂成丙烯、乙烯等气态短链烃。目前石油裂解是生产乙烯的主要方法。另外，石油的催化重整是指在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，是链状烃转化为环状烃，如苯或甲苯等。石油的裂化、裂解和催化重整都属于化学变化。我们熟悉的塑料、合成橡胶和合成纤维这三大合成材料也都是以化石能源为原料生产的。 氢能源是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，是公认的清洁能源，具有重量最轻、导热性最好、普遍原则，回收利用理想的发热值，燃烧性能好、无毒，利用形式多，损耗少，利用率高，运输方便，减少温室效应。氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。 上世纪30年代，前苏联在清理天然气输送管道时，发现一些管道经常被奇怪的冰块堵塞。实际上这些冰块并不是冰，它的学名是天然气水合物，是由天然气和水在低温高压条件下形成的一种冰状晶体，遇火燃烧，俗称可燃冰。自然界中，可燃冰广泛分布在深海沉积物或者于永久冻土中。科学家认为，可燃冰资源量巨大，估计是煤、石油和天然气等化石燃料资源量的2倍。可燃冰燃烧后只产生水和二氧化碳，不产生残渣和有害气体，可以说是一种清洁能源。因此，我们上寒山下深海，只为寻找可燃冰。在海洋里，可燃冰主要赋存在水深大于300米的海底陆坡、倒坡和盆地的松散沉积物中。可燃冰的产状多种多样，有块状、薄层状、结核状、脉状及分散状等。微观上，可燃冰就像有许多个大小、形状不同的水龙构成的多孔晶体。分散于海洋细粒沉积物中的可燃冰肉眼难见，其资源量是最大的，其次是附存于海底泥鳅和泥层裂缝中的可燃冰。含有可燃冰沉积物的物理性质与周围沉积物存在较大差异，科学家主要利用这个特点，采用声波反射的方法寻找它。另外，水中大量的气泡、海底泥火山、麻坑、冷泉碳酸盐以及特殊的生物群落等也可能只是可燃冰的存在。迄今，科学家已经在很多地方找到了可燃冰，美国、加拿大、日本、中国等国家还开展了可燃冰试开，采用降压、升温等方法促使可燃冰原位分解，采集其释放出的甲烷气。这些工作，特别是中国2017和2020年在南海的两次成功试采，让人们看到了开发利用可燃冰的美好前景。不过，要真正实现可燃冰开发，还需要攻克许多科学技术难题。相信随着科技水平的不断提高，未来可燃冰一定能够走进人们的日常生活。当人类用更多的清洁能源代替传统能源，地球将变得更加绿色美好。