化石燃料及其利用

第三节化石燃料及其利用

知识梳理

1.当今社会的三大化石燃料为________、________和________。

答案：煤石油天然气

2.化石燃料是由远古时代动植物和其他生物的遗体，经几亿年时间，在地球内部的热量和压力作用下形成的，所以它属于________资源。(填“可再生”“不可再生”)

答案：不可再生

3.三大化石燃料的成分

(1)煤主要含_______元素，除此之外，还含有少量的______________等元素。它是复杂的混合物。

(2)石油主要含_______元素，除此之外，还含有少量的______________等元素。它也是复杂的混合物。

(3)天然气主要成分为______________气体。它也属于混合物。

答案：(1)碳硫、氮(2)碳、氢硫、氮(3)甲烷

4.化石燃料的燃烧

煤、石油、天然气都是由碳氢化合物组成的，碳元素燃烧生成______________，氢元素燃烧生成______________。

答案：CO2H2O

5.化石燃料的燃烧，造成对空气污染的原因

(1)燃料中某些元素如硫、氮等燃烧时，产生空气污染物有______________等。

(2)燃料燃烧不充分，产生有毒气体______________。

答案：(1) SO2、NO2(2)CO

6.化石燃料的综合利用

煤、石油、天然气不仅是重要的能源，还是重要的化工资源。试举出化石燃料综合利用的例子：

(1) ________________________________________________________。

(2) ________________________________________________________。

(3) ________________________________________________________。

答案：(1)用石油为原料生产塑料、橡胶、合成纤维等

(2)使煤在氧气不足的情况下发生不完全燃烧，从而转化为既可作燃料气，又可作化工原料的CO、CH4、H2等

(3)把煤隔绝空气加热，将煤分解为焦炭、煤焦油、焦炉气(含有CO、CH4、H2、CO2等)

疑难突破

如何判断石油的分馏、煤的焦化(干馏)、煤的气化分别属于物理变化还是化学变化？

剖析：(1)石油的分馏：在分馏塔内给石油加热，不同温度时分别由液体汽化出来，经冷凝分离，这种操作叫做分馏。原理是利用石油中各物质沸点的不同，让它们逐一汽化出来。

(2)煤的焦化(干馏)：把煤隔绝空气加热，将煤分解为焦炭、煤焦油、焦炉气(含有CO、CH4、H2、CO2等)的过程。此过程中生成了多种新物质。

(3)煤的气化：使煤在氧气不足的情况下发生不完全燃烧，从而转化为既可作燃料气，又可作化工原料的CO、CH4、H2等。此过程中也生成了多种新物质。

问题探究

问题据报道：2010年全国死于煤矿瓦斯爆炸的人数达3000多，如此大的数目让人触目惊心。安全重于一切，如何消除生产和生活中的不安全因素、学会不同恶劣环境下的逃生方法，显得尤为重要起来。当你遇到下述紧急情况时，你应当怎样做呢？

(1)发现家中煤气泄漏。

(2)进入久未开启的菜窖。

(3)进入煤矿坑道。

探究：(1)煤气主要成分为CO气体，CO有毒，主要表现在它能够结合人体内的血红蛋白，使人窒息死亡。另外，CO 气体具有可燃性，与空气混合均匀后，遇明火会发生爆炸。要打开家中的门窗进行通风，切忌开灯或打电话报警，开灯或打电话产生的静电火花可能会引起煤气爆炸。

(2)由于菜的呼吸作用，菜窖内氧气减少，二氧化碳气体增多，人贸然进入可能会因缺氧而导致窒息死亡。

(3)煤矿坑道内有瓦斯气体，瓦斯气体是甲烷和空气的混合气体。甲烷具有可燃性，与空气混合均匀后遇明火会发生爆炸。根据甲烷的性质和煤矿的密封性，通风是主要的。

典题精讲

例1 (2010天津中考) 某气体可能含有CO、CH4、H2、N2中的一种或两种。该气体在足量的氧气中充分燃烧后，将全部生成物依次通过浓硫酸和氢氧化钠溶液，发现浓硫酸和氢氧化钠溶液的质量都有增加，则该气体的成分不可能是( )

A.CH4

B.CO和N2

C.H2和CO

D.CO和H2

思路解析根据题中信息：“浓硫酸和氢氧化钠溶液的质量都有增加”，可断定该气体燃烧同时生成了H2O和CO2，又因碳元素完全燃烧生成二氧化碳，氢元素燃烧生成水，可知该气体中必须含有碳元素和氢元素。而氧元素无法判定因为氧气参与反应生成H2O。

答案：B

例2 阅读下面短文完成下列有关问题。

我们目前使用得最多的燃料是煤、石油、天然气，它们都是由古代动植物遗体埋在地层下，并在地壳中经过一系列非常复杂的变化而逐渐形成的。因此，它们被称为化石燃料。这些燃料在地球上的蕴藏量是有限的，而且又都是经过亿万年才能形成的非再生能源，用一些就会少一些，最终会枯竭。上图是我国近年来能源总消费量与人均能源消费量。因此，如何来控制燃烧反应，使燃料充分燃烧，这对节约能源非常重要。如果我们能把煤等燃料利用率提高一倍，就相当于将这些燃料的使用时间延长一倍。当今世界各国能源研究的前沿课题之一就是如何提高燃烧效率，节约能源。煤炭直接燃烧不仅产生大量烟尘，而且煤中所含的硫在燃烧时会生成SO2，这是导致酸雨形成的主要原因之一。因此，发展洁净煤技术、减少污染物的排放、提高煤炭利用率，正成为我国乃至国际上的又一项重要研究课题。

图4-+10

(1)要让煤充分燃烧，提高煤的燃烧效率，应采取的措施是______________________________。

(2)煤燃烧产生的主要污染物是________,如果煤不充分燃烧还会产生的污染物有__________。

(3)高效、清洁地利用煤的主要途径有________________________________________。

(4)二十一世纪，人类在研究开发新能源方面一定会取得重大突破，你认为无污染的能源有______________________________________________________________________。

思路解析能源问题是当今社会的热点问题，与之相关的还有环境问题。依题意，当今社会主要的能源依然是石油、煤和天然气，本题主要解答煤的充分燃烧和消除煤燃烧所引起的污染问题。煤的充分燃烧可由燃烧的条件和燃烧的现象等有关知识解释：一是燃烧时要有足够多的空气；二是燃料与空气要有足够大的接触面。煤的燃烧产物中烟尘和SO2是主要污染物，如果煤不完全燃烧，还会产生CO导致空气污染。为高效清洁地利用煤，目前采用的方法有：将煤气化，如将煤制成水煤气以提高利用率，或将煤进行脱硫处理以减少污染。

答案：(1)鼓入空气，将煤粉碎以增大与空气的接触面积

(2)SO2CO

(3)将煤制成水煤气；将煤进行脱硫处理

(4)氢能源、核能、地热能、潮汐能、水能、风能、太阳能等

例3 (2010黑龙江课改区) 当走过大庆油田时，你会发现长久都不会熄灭的巨大“火炬”，“火炬”产生的黑烟飘向空中。其实那是为处理在原油开采过程中释放的燃气而造成的。看到这一情景，你会想到什么？请从能源和环境两个角度谈谈你的观点。

图4-11

思路解析煤、石油、天然气是不可再生能源，其储量有限。目前，在石油开采过程中还存在巨大的能源浪费，大量

的粉尘排放，燃烧过程中产生的有害气体污染了我们生存的环境。

答案：(参考答案)

能源角度：

①将燃气储备输送，直接供给生产、生活的能源

②对燃气加工处理，提高燃料的使用效率

③将燃烧放出的热量应进行综合利用

环境角度：

①燃烧产生的有毒、有害气体及粉尘造成空气污染

②燃烧中产生大量二氧化碳气体容易造成温室效应

知识导学

虽然很多物质都能够燃烧，但当今社会起着主要作用的是煤、石油、天然气。

碳元素完全燃烧生成二氧化碳，氢元素燃烧生成水。这个理论在有机物的学习中非常重要，据此可以写出各种有机物在空气中燃烧的化学方程式。例如：

乙炔(C2H2)燃烧的方程式为：

2C2H2+5O2点燃4CO2+2H2O

由于煤、石油中还含有硫、氮元素，硫、氮元素燃烧就会产生SO2、NO2等有毒气体，它们一方面污染空气，另一方面还会增加酸雨( H2SO4、HNO3)的形成。其中，二氧化硫溶于水生成硫酸、二氧化氮溶于水生成硝酸。

对燃料的评价是本节的一个重点。

评价时主要从是否产生污染、是否会导致温室效应、来源、价格、放热量、是否易贮存和运输、是否安全等方面来考虑。

特别是氢气，由于其资源丰富，放热量大，燃烧产物无污染，被称为理想能源。除上述能源外，太阳能、风能、核能、地热和潮汐等能源的开发，不仅可缓解当前的能源危机问题，还可以减少对环境的污染。

化石燃料的综合利用主要联系日常生活实际，认识它们的应用。

疑难导析

这部分知识太抽象、太复杂，我们接触比较少。要想会做这种题，必须把这左边的几个概念搞清楚。根据物理变化和化学变化的本质区别——是否有新物质生成来判断。

首先，关于石油的分馏，要描述在分馏塔内给石油加热时，各种物质发生的变化的本质是什么，原理是什么，有无新物质生成。

其次，关于煤的焦化(干馏)，要描述在该过程中发生了怎样的变化，有无新物质生成。

最后，关于煤的气化，也要描述在该过程中发生了怎样的变化，有无新物质生成。

问题导思

对于这一类问题首先考虑相关的化学物质的性质，针对其化学性质，具体问题具体分析。

(1)关于家中煤气泄漏，要明确煤气由什么组成，有什么性质，对人体有什么危害，家中发生煤气泄漏，与空气混合均匀后，遇明火会发生什么危险。针对以上分析，家中煤气泄漏，要注意哪些问题，应该采取什么措施以应对这种事故的发生。

(2)关于进入久未开启的菜窖，要描述清楚菜的呼吸作用会产生什么气体，这种气体对菜窖的环境有什么影响，人贸然进入可能会发生什么危险。

(3)关于进入煤矿坑道，要描述清楚煤矿坑道中含有什么气体，该气体有什么性质，有什么隐患，存在于煤矿坑道中，与空气混合均匀后遇明火会发生什么危险，怎样应对这种危险的发生。

对于此类问题，还要联系实际，采取相应的逃生、急救等措施。

典题导考

绿色通道在有机物中，碳元素完全燃烧生成二氧化碳，氢元素燃烧生成水，硫元素燃烧生成二氧化硫，氮元素燃烧生成氮的氧化物。又因燃烧时氧气参与了反应，生成物中的氧元素来自氧气还是有机物，无法确定。

典题变式分别写出一氧化碳、乙炔(C2H2)、乙醇(C2H6O)燃烧的化学方程式。

答案：2CO+O2点燃

2CO2

2C2H2+5O2点燃4CO2+2H2O

C2H6O+3O2点燃2CO2+3H2O

典题变式一定量的石油在氧气中完全燃烧后测得产生了CO、CO2、NO、SO2、H2O(气)五种物质，由此可以推断石油中一定含___________元素，可能含___________元素。

答案：C、H、N、S O

绿色通道对燃料进行评价时，主要从是否产生污染、是否会导致温室效应、来源、价格、放热量、是否易贮存和运输、是否安全等方面来考虑。

典题变式阅读下列短文，完成下列问题：

汽车作为曾经推动人类文明向前跃进的现代文明社会的产物，在给人类的生活带来便捷舒适的同时，对自然生态环境的恶化也有难以推卸的责任。大气污染主要来源于工业污染和汽车尾气，99%的一氧化碳和一氧化氮的排放来源于汽车尾气；我市近几年来汽车保有量的增长达20%，虽然空气质量居全国第四，但“环保”仍面临如汽车污染等问题的考验。

另据报道：将氢气应用于汽车发动机的技术已在我国研制成功；以酒精为燃料的汽车在北京市、河南省使用；我市也有一部分汽车改用液化气作为燃料。

(1)汽车尾气中的大气污染物是(写化学式)：___________、___________。

(2)我市将部分汽车排气管加装三效转换器，促使一氧化碳在排气管内与空气作用转化为二氧化碳，其反应式为_______________________________________________________。

(3)请提出厦门市治理汽车污染的一条合理化建议：_________________________________。

(4)就目前的情况看，氢气作燃料的汽车要投入使用前，你认为还要研究解决的问题有___________。

答案：(1)CO NO

(2)2CO+O2====2CO2

(3)①限制汽车的发展

②在汽车上安装三效转换器，净化汽车尾气

③改用洁净燃料如酒精、液化气等

④使用电力汽车

⑤开发新型环保能源

(其他合理答案均可)

(4)①如何廉价地大量制取氢气

②如何安全贮存和运输氢气等(其他合理答案均可)

典题变式2010年我国将完成“西气东输”工程。天然气是一种清洁能源，其主要成分是______。有报道说，使用天然气对提高人们的生活质量有如下好处：

(1)可以有效减少空气污染，提高空气质量。

(2)可以有效地控制温室气体的排放。

(3)因为是一种清洁能源，泄漏不具有危险性。

你认为上述宣传不合适的有___________ (填写序号)，原因是______________________。

答案：甲烷(3) 甲烷具有可燃性，在有限的空间内燃烧会发生爆炸

绿色通道从节约能源和保护环境出发，联系你身边的现象，认识能源的浪费和环境污染的危害。

典题变式(2010江西课改区) 由于近年来国际原油价格不断攀升，国家有关部门2010年10月作出决定，扩大“乙醇汽油”的试点范围。“乙醇汽油”中的乙醇(分子式为C2H5OH)可用高粱、玉米、薯类为原料，经过发酵蒸馏制得。同时，由于能源价格上涨，部分城镇居民生活方式受到影响，昔日常用的蜂窝煤因价格低廉又受到人们的青睐。请完成下列问题：

(1)煤燃烧所产生的空气污染物有(写出一种即可) ___________。

(2)乙醇是一种绿色能源，完全燃烧生成水和二氧化碳，写出其燃烧的化学方程式：

____________________________________________ 。

(3)为减缓日趋严重的能源危机，请你提出一条具体的合理化建议：______________________。

答案：(1)二氧化硫(或一氧化碳、二氧化氮)

(2)C2H5OH+3O2点燃2CO2+3H2O

(3)节约用电(或使用节能灶、使用太阳能等)