7.2 化石能源的合理利用（教材通解）化学新教材人教版九年级上册

该初中化学知识清单聚焦“化石能源的合理利用与新能源开发”，系统梳理化石能源（煤、石油、天然气、乙醇）的组成、加工方式及性质，通过甲烷燃烧实验探究其组成与可燃性，进而分析化石能源使用对环境的影响（如酸雨、尾气污染），最终延伸至新能源开发（氢气的性质、优缺点及制取），构建从能源利用到环境问题再到可持续发展的学习支架。 知识链路按“化石能源认知—环境影响分析—新能源探索”逻辑递进，通过对比表格（煤与石油组成加工比较、H₂/CO/CH₄性质对比）、实验探究（甲烷燃烧现象与结论推导）及易错判断习题，培养科学思维中的比较分类与证据推理能力，强化科学探究与实践中的实验设计与分析素养，渗透科学态度与责任中的环境保护及可持续发展理念，帮助学生形成物质性质决定用途、能源开发关乎生态的化学观念。

第七单元 能源的合理利用与开发 课题 化石能源的合理利用 一、化石能源的利用 1．化石燃料： ，是古代生物遗骸经一系列复杂变化而形成的， ， 。 2．煤——工业的“粮食” （1）煤的组成：主要含碳元素，还含少量的氢、氮、氧、硫等元素。 （2）煤的加工：“干馏”——隔绝空气加热，发生 ，得到 （冶炼金属）、 。 （3）煤燃烧会产生 等，会形成 。 3．石油——工业的“血液” （1）石油的组成：主要含碳和氢元素，另外还含有氮元素，含铅化合物等。 （2）石油的加工：“分馏”——利用石油中各成分的 ，分馏得到各种产品。（ 变化） 4．天然气 （1）主要成分是甲烷（ ）。 （2）存在：天然气、沼气、坑气、瓦斯、可燃冰等中。 （3）物理性质：无色无味气体、难溶于水、密度比空气的小。 （4）天然气化学性质：可燃性 化学方程式： 2。 实验现象 结论 导管口的甲烷燃烧 发出 甲烷具有可燃性 干冷的烧杯内壁 干冷的烧杯中出现 说明甲烷一定含有 内壁涂有的澄清石灰水 说明甲烷一定含有 5．乙醇：化学式 ，俗名 。（ 能源） （1）物理性质：无色透明，有特殊气味的液体，易挥发，能与水以任意比互溶。 （2）酒精制取：①原料：高粱、玉米、薯类等；②生产方式：发酵、蒸馏。 （3）化学性质： ，燃烧时发出 。化学方程式： （4）用途： ，汽油中加入适量乙醇作为燃料，可节省石油资源，并在一定程度上减 少汽车尾气的污染。医疗上 。 二、降低化石能源的利用对环境的影响 1．常用燃料的使用与其对环境的影响 （1）常用燃料的使用主要是指 、 、 等 的使用，以及 和 等 的使用。 （2）燃烧煤对环境的影响：由于其中含有硫、氮等元素，所以煤燃烧时会排放出 等污染物，这些气体或气体在空气中反应后的生成物溶于雨水，会形成 ，还有，燃烧排放出的烟尘和燃烧不充分时产生的 、 等也都会污染空气。 （3）燃烧汽油或柴油对环境的影响：目前，多数汽车、摩托车等机动车使用的燃料是汽油或柴油，它们燃烧时产生的一些物质会随着 直接排放到空气中，对空气造成 ，尾气中的主要污染有 、未经燃烧的 、 、含 和 等； （4）燃烧天然气或乙醇对环境的影响：目前，城市的一些汽车已改用压缩天然气（CNG）等作燃料，以 ，还有，车用乙醇汽油在一些国家已成功使用多年，目前在我国也越来越受到重视，因为使用使用车用乙醇汽油不但可以 和有效地 ，还可以 ，这些燃料的使用相对来说，确实是减少了对空气的污染；可是它们燃烧生成的二氧化碳虽然不污染空气，但是容易导致 。 2．资源综合利用和新能源开发 （1）发展现代产业体系， 。 （2）加快建设 社会，提高生态文明水平。 （3）加快 利用：如太阳能、核能、风能、地热能和潮汐能等，这些能源的利用，不但可以部分解决化石能源面临耗尽的问题，还可以减少对环境的污染。 3．氢气 （1）氢气的性质 ①物理性质： 色、 味的气体，密度比空气 ， 溶于水。 ②化学性质：可燃性(2H2+O2 2H2O)；还原性(H2+CuO △ H2O+Cu)。 （2）氢气是理想的清洁、高能燃料 ①氢气可由水制得，原料来源广泛； ②氢气本身无毒，热值高，完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的两倍多； ③燃烧产物是水，无污染。 （3）氢气的用途 ①作为高能燃料，液氢已应用于航天等领域； ②作为化学电源，氢氧燃料电池已经被应用，如用作汽车的驱动电源等。 （4）氢气目前不能作为燃料和化学能源广泛应用的原因： 。 （5）氢气的实验室制取 药品 锌粒和稀硫酸 反应原理 反应装置 选用固液常温型气体发生装置制备氢气；选用 法或 法收集氢气 一、化石燃料的利用 目前，人们使用的燃料大多来自化石燃料。 1．化石燃料 煤、石油和天然气是化石燃料，它们都是由古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的，属于不可再生能源。 2．煤和石油的比较 煤 石油 组成元素 主要含有碳元素，还含有氢、氮、硫、氧等元素 主要含有碳和氢两种元素 加工方式 煤的干馏：将煤隔绝空气加强热分解（属于化学变化） 石油的分馏：利用石油中各成分的沸点不同进行分离（属于物理变化） 主要加工产品 焦炭、煤焦油、煤气(由一氧化碳、氢气和甲烷等组成的混合气体)等 汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、液化石油气（主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等）等 3．天然气 （1）形成：天然气的形成与石油相同。在有石油的地方，一般都有天然气存在。 （2）成分：天然气主要是由碳和氢组成的气态碳氢化合物，最主要的成分是甲烷(CH4)。 （3）甲烷的性质：甲烷是无色、无味的气体，密度比空气小，极难溶于水，燃烧时产生明亮的蓝色火焰，生成水和二氧化碳：CH4+2O2 CO2+2H2O。 （4）沼气的主要成分也是甲烷，在我国农村，利用沼气可解决生活燃料问题。 （5）实验探究——甲烷的组成和性质 实验目的 探究甲烷的组成和性质 实验步骤 ①点燃从导管放出的甲烷，在火焰的上方罩一个干燥的烧杯。过一会儿，观察烧杯壁上的现象 ②迅速把烧杯倒过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡，观察现象 实验现象 甲烷燃烧产生明亮的蓝色火焰，放出热量，烧杯内壁上有无色液滴产生 澄清石灰水变浑浊 化学方程式 CH4+2O2CO2+2H2O CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O 实验结论 甲烷中含有碳元素和氢元素；甲烷具有可燃性，燃烧生成水和二氧化碳 二、降低化石能源的利用对环境的影响 1．化石能源的利用对环境的影响 （1）酸雨 形成 煤燃烧时产生二氧化硫、氮的氧化物等污染物，这些气体或气体在空气中发生反应后的生成物溶于雨水，会形成酸雨 危害 ①危害人体健康；②破坏土壤、森林、植被；③腐蚀建筑物及金属制品；④导致水体酸化，严重影响水生动植物的生长 防治 ①大力推广使用脱硫煤，改进生产中使用的脱硫设备；②用天然气替代煤 （2）汽车燃料的燃烧 汽车燃料的燃烧对空气的影响 减少汽车尾气污染的措施 汽车燃料燃烧时产生的一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物和烟尘等，会随尾气直接排放到空气中，造成大气污染 ①改进发动机的燃烧方式，使汽油能充分燃烧； ②使用催化净化装置，使有害气体转化为无害物质； ③加大检测尾气力度，禁止未达环保标准的汽车上路； ④推广使用电动汽车 （3）大量化石能源燃烧释放的二氧化碳还会引起温室效应加剧，导致全球变暖。 2．能源的利用与开发 （1）氢气 物理性质 无色、无味的气体，密度比空气的小，难溶于水 化学性质 ①可燃性：2H2+O22H2O; ②还原性：H2+CuO △ H2O+Cu 氢能源的优点 氢气本身无毒；热值高；原料来源广泛；燃烧产物是水，不会污染空气，也不会向大气排放二氧化碳 用途 作为一种清洁的高能燃料，氢气已应用于航天、交通等领域，如我国研制的大推力氢氧火箭发动机、氢能源市域列车等 未能广泛应用的原因 氢气大量制取和储运成本较高 发展前景 随着科技的发展，氢能源的开发和利用已取得很大进展，氢气将可能成为主要的能源之一 （2）氢气的制取 ①在实验室里，我们常用锌与稀硫酸反应来制取氢气，反应原理为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，实验装置如图所示。 ②工业上，一般通过电解水或以化石能源为原料制取氢气。 （3）开发和利用新能源 人们正在开发和利用许多其他能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能和生物质能等，促进能源消费结构不断优化，向清洁低碳方向转变。 易错归纳 氢气、一氧化碳、甲烷比较 气体 H2 CO CH4 物理性质 色态味 无色无味的气体 密度 比空气小 比空气略小 比空气小 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 化学性质 可燃性 2H2+O22H2O 2CO + O22CO2 CH4+2O22H2O+ CO2 还原性 CuO+H2Cu+ H2O CuO+COCu+CO2 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 无 检验方法 ①点燃，检验燃烧产物；②通过灼热氧化铜，检验产物 ①点燃，检验燃烧产物；②通过灼热氧化铜，检验产物 点燃，检验燃烧产物 易错判断 1．石油的分馏可以得到多种产品，其过程属于物理变化。( ) 2．化石能源是当今社会重要的能源和物质资源，不能禁止使用。( ) 3．天然气的主要成分是甲烷，所以天然气是纯净物。( ) 4．石油中主要含有碳，还含有氢和少量的氮硫氧等元素以及无机矿物质( ) 5．使燃料充分燃烧，能提高化石能源的利用率，同时减少二氧化碳的排放。( ) 6．石油分馏能得到汽油、煤油、柴油和煤焦油等燃料。( ) 7．液氢燃烧后的产物是水，不污染空气。( ) 8．甲烷在空气中燃烧：无色气体燃烧，发出淡蓝色火焰，放热。( ) 9．用天然气替代煤可以减少酸雨的形成( ) 10．使用车用乙醇汽油既可以节约石油资源又可以减少空气污染( ) 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第七单元 能源的合理利用与开发 课题 化石能源的合理利用 一、化石能源的利用 1．化石燃料：煤、石油、天然气，是古代生物遗骸经一系列复杂变化而形成的，都是混合物，不可再生能源。 2．煤——工业的“粮食” （1）煤的组成：主要含碳元素，还含少量的氢、氮、氧、硫等元素。 （2）煤的加工：“干馏”——隔绝空气加热，发生化学变化，得到焦炭（冶炼金属）、煤焦油。 （3）煤燃烧会产生SO2、NO2等，会形成酸雨。 3．石油——工业的“血液” （1）石油的组成：主要含碳和氢元素，另外还含有氮元素，含铅化合物等。 （2）石油的加工：“分馏”——利用石油中各成分的沸点不同，分馏得到各种产品。（物理变化） 4．天然气 （1）主要成分是甲烷（CH4）。 （2）存在：天然气、沼气、坑气、瓦斯、可燃冰等中。 （3）物理性质：无色无味气体、难溶于水、密度比空气的小。 （4）天然气化学性质：可燃性 化学方程式：CH4+2O22H2O+ CO2。 实验现象 结论 导管口的甲烷燃烧 发出淡蓝色火焰 甲烷具有可燃性 干冷的烧杯内壁 干冷的烧杯中出现水雾 说明甲烷一定含有氢元素 内壁涂有的澄清石灰水 澄清石灰水变浑浊 说明甲烷一定含有碳元素 5．乙醇：化学式C2H5OH，俗名酒精。（可再生能源） （1）物理性质：无色透明，有特殊气味的液体，易挥发，能与水以任意比互溶。 （2）酒精制取：①原料：高粱、玉米、薯类等；②生产方式：发酵、蒸馏。 （3）化学性质：可燃性，燃烧时发出蓝色火焰。化学方程式：C2H5OH+3O23H2O+2CO2 （4）用途：作燃料，汽油中加入适量乙醇作为燃料，可节省石油资源，并在一定程度上减 少汽车尾气的污染。医疗上杀菌消毒。 二、降低化石能源的利用对环境的影响 1．常用燃料的使用与其对环境的影响 （1）常用燃料的使用主要是指煤、石油、天然气等化石燃料的使用，以及乙醇和氢气等清洁燃料的使用。 （2）燃烧煤对环境的影响：由于其中含有硫、氮等元素，所以煤燃烧时会排放出二氧化硫、二氧化氮等污染物，这些气体或气体在空气中反应后的生成物溶于雨水，会形成酸雨，还有，燃烧排放出的烟尘和燃烧不充分时产生的一氧化碳、一氧化氮等也都会污染空气。 （3）燃烧汽油或柴油对环境的影响：目前，多数汽车、摩托车等机动车使用的燃料是汽油或柴油，它们燃烧时产生的一些物质会随着尾气直接排放到空气中，对空气造成污染，尾气中的主要污染有一氧化碳、未经燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物、含铅化合物和烟尘等； （4）燃烧天然气或乙醇对环境的影响：目前，城市的一些汽车已改用压缩天然气（CNG）等作燃料，以减少其尾气对空气的污染，还有，车用乙醇汽油在一些国家已成功使用多年，目前在我国也越来越受到重视，因为使用使用车用乙醇汽油不但可以节省石油资源和有效地减少汽车尾气的污染，还可以促进农业生产，这些燃料的使用相对来说，确实是减少了对空气的污染；可是它们燃烧生成的二氧化碳虽然不污染空气，但是容易导致温室效应。 2．资源综合利用和新能源开发 （1）发展现代产业体系，提高产业核心竞争力。 （2）加快建设资源节约型、环境友好型社会，提高生态文明水平。 （3）加快新能源开发利用：如太阳能、核能、风能、地热能和潮汐能等，这些能源的利用，不但可以部分解决化石能源面临耗尽的问题，还可以减少对环境的污染。 3．氢气 （1）氢气的性质 ①物理性质：无色、无味的气体，密度比空气小，难溶于水。 ②化学性质：可燃性(2H2+O2 2H2O)；还原性(H2+CuO △ H2O+Cu)。 （2）氢气是理想的清洁、高能燃料 ①氢气可由水制得，原料来源广泛； ②氢气本身无毒，热值高，完全燃烧放出的热量约为同质量甲烷的两倍多； ③燃烧产物是水，无污染。 （3）氢气的用途 ①作为高能燃料，液氢已应用于航天等领域； ②作为化学电源，氢氧燃料电池已经被应用，如用作汽车的驱动电源等。 （4）氢气目前不能作为燃料和化学能源广泛应用的原因：制取成本高、贮存困难。 （5）氢气的实验室制取 药品 锌粒和稀硫酸 反应原理 Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ 反应装置 选用固液常温型气体发生装置制备氢气；选用排水法或向下排空气法收集氢气 一、化石燃料的利用 目前，人们使用的燃料大多来自化石燃料。 1．化石燃料 煤、石油和天然气是化石燃料，它们都是由古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的，属于不可再生能源。 2．煤和石油的比较 煤 石油 组成元素 主要含有碳元素，还含有氢、氮、硫、氧等元素 主要含有碳和氢两种元素 加工方式 煤的干馏：将煤隔绝空气加强热分解（属于化学变化） 石油的分馏：利用石油中各成分的沸点不同进行分离（属于物理变化） 主要加工产品 焦炭、煤焦油、煤气(由一氧化碳、氢气和甲烷等组成的混合气体)等 汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、液化石油气（主要成分是丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等）等 3．天然气 （1）形成：天然气的形成与石油相同。在有石油的地方，一般都有天然气存在。 （2）成分：天然气主要是由碳和氢组成的气态碳氢化合物，最主要的成分是甲烷(CH4)。 （3）甲烷的性质：甲烷是无色、无味的气体，密度比空气小，极难溶于水，燃烧时产生明亮的蓝色火焰，生成水和二氧化碳：CH4+2O2 CO2+2H2O。 （4）沼气的主要成分也是甲烷，在我国农村，利用沼气可解决生活燃料问题。 （5）实验探究——甲烷的组成和性质 实验目的 探究甲烷的组成和性质 实验步骤 ①点燃从导管放出的甲烷，在火焰的上方罩一个干燥的烧杯。过一会儿，观察烧杯壁上的现象 ②迅速把烧杯倒过来，向烧杯内注入少量澄清石灰水，振荡，观察现象 实验现象 甲烷燃烧产生明亮的蓝色火焰，放出热量，烧杯内壁上有无色液滴产生 澄清石灰水变浑浊 化学方程式 CH4+2O2CO2+2H2O CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O 实验结论 甲烷中含有碳元素和氢元素；甲烷具有可燃性，燃烧生成水和二氧化碳 二、降低化石能源的利用对环境的影响 1．化石能源的利用对环境的影响 （1）酸雨 形成 煤燃烧时产生二氧化硫、氮的氧化物等污染物，这些气体或气体在空气中发生反应后的生成物溶于雨水，会形成酸雨 危害 ①危害人体健康；②破坏土壤、森林、植被；③腐蚀建筑物及金属制品；④导致水体酸化，严重影响水生动植物的生长 防治 ①大力推广使用脱硫煤，改进生产中使用的脱硫设备；②用天然气替代煤 （2）汽车燃料的燃烧 汽车燃料的燃烧对空气的影响 减少汽车尾气污染的措施 汽车燃料燃烧时产生的一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物和烟尘等，会随尾气直接排放到空气中，造成大气污染 ①改进发动机的燃烧方式，使汽油能充分燃烧； ②使用催化净化装置，使有害气体转化为无害物质； ③加大检测尾气力度，禁止未达环保标准的汽车上路； ④推广使用电动汽车 （3）大量化石能源燃烧释放的二氧化碳还会引起温室效应加剧，导致全球变暖。 2．能源的利用与开发 （1）氢气 物理性质 无色、无味的气体，密度比空气的小，难溶于水 化学性质 ①可燃性：2H2+O22H2O; ②还原性：H2+CuO △ H2O+Cu 氢能源的优点 氢气本身无毒；热值高；原料来源广泛；燃烧产物是水，不会污染空气，也不会向大气排放二氧化碳 用途 作为一种清洁的高能燃料，氢气已应用于航天、交通等领域，如我国研制的大推力氢氧火箭发动机、氢能源市域列车等 未能广泛应用的原因 氢气大量制取和储运成本较高 发展前景 随着科技的发展，氢能源的开发和利用已取得很大进展，氢气将可能成为主要的能源之一 （2）氢气的制取 ①在实验室里，我们常用锌与稀硫酸反应来制取氢气，反应原理为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，实验装置如图所示。 ②工业上，一般通过电解水或以化石能源为原料制取氢气。 （3）开发和利用新能源 人们正在开发和利用许多其他能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能和生物质能等，促进能源消费结构不断优化，向清洁低碳方向转变。 易错归纳 氢气、一氧化碳、甲烷比较 气体 H2 CO CH4 物理性质 色态味 无色无味的气体 密度 比空气小 比空气略小 比空气小 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 化学性质 可燃性 2H2+O22H2O 2CO + O22CO2 CH4+2O22H2O+ CO2 还原性 CuO+H2Cu+ H2O CuO+COCu+CO2 Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 无 检验方法 ①点燃，检验燃烧产物；②通过灼热氧化铜，检验产物 ①点燃，检验燃烧产物；②通过灼热氧化铜，检验产物 点燃，检验燃烧产物 易错判断 1．石油的分馏可以得到多种产品，其过程属于物理变化。( ) 2．化石能源是当今社会重要的能源和物质资源，不能禁止使用。( ) 3．天然气的主要成分是甲烷，所以天然气是纯净物。( ) 4．石油中主要含有碳，还含有氢和少量的氮硫氧等元素以及无机矿物质( ) 5．使燃料充分燃烧，能提高化石能源的利用率，同时减少二氧化碳的排放。( ) 6．石油分馏能得到汽油、煤油、柴油和煤焦油等燃料。( ) 7．液氢燃烧后的产物是水，不污染空气。( ) 8．甲烷在空气中燃烧：无色气体燃烧，发出淡蓝色火焰，放热。( ) 9．用天然气替代煤可以减少酸雨的形成( ) 10．使用车用乙醇汽油既可以节约石油资源又可以减少空气污染( ) 【答案】1．正确 2．正确 3．错误 4．错误 5．错误 6．错误 7．正确 8．错误 9．正确 10．正确 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $