1、燃料的合理利用与开发一、教学目的要求1.了解化石燃料燃烧对环境的影响。2.认识使用和开发清洁燃料及各种能源的重要性。二、本课题分析环境问题日益严重，特别是燃料燃烧对环境造成的污染，是不容忽视的问题。本课题结合化石燃料燃烧对环境的影响，说明使用清洁燃料和开发新能源以及保护环境的重要性。学习本课题，学生可通过亲身体验探究活动来认识化石燃料燃烧对空气的污染，加强保护环境的意识。教学建议如下：1.可通过探究活动，来认识煤燃烧对空气的污染。关于“模拟酸雨的危害”实验，因学生同时做硫燃烧实验存在污染问题，可由教师课前配好“酸雨”，课上分给学生做实验。如果当时的现象不明显，可能与所配“酸雨”的浓度或植物叶子
2、等的不同有关，可以将被试物浸泡稍长时间后再观察。酸雨中不只含有亚硫酸，在此只是简单模拟，目的是通过学生的亲自实验来加深对酸雨危害的认识。2.可通过书中的讨论，并结合“化学技术社会”中的资料，说明化学燃料的利与弊，以及开发和使用清洁燃料的重要性。3.可由学生谈一谈所知道的各种能源的利用情况。4.关于课题后的“调查与研究”，可以在课后完成，将调查报告或小论文进行交流，或通过板报、墙报发表。也可课前进行调查，课上结合本课题的内容进行讨论，再写出报告、小论文发表或交流。三、部分习题参考答案及说明1.(1)A (2)A (3)D (4)D (5)C4. A：一氧化碳 B：甲烷 C：氢气四、资料1.酸雨及
3、其危害目前，一般把 pH小于 5.6的雨水称为酸雨，它包括雨、雪、雾、雹等降水过程。一般地说，天然降水都偏酸性，pH 约在 6左右。这是由于大气中的 CO2溶解在洁净的雨水里形成碳酸的缘故，降水的微弱酸性可以促进土壤里养分的溶解，便于植物吸收，因此是有益的。但是，当降水的酸度增大，pH 小于 5.6时，对生态就会产生不良影响。酸雨的危害大致有以下几个方面：(1)对人体健康的直接危害，硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部组织，引起肺水肿等疾病而使人致死。(2)引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动植物的生长。(3)破坏土壤、植被、森林。(4)腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建
4、筑材料等。(5)渗入地下，可能引起地下水酸化，酸化的水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。酸雨是怎样形成的呢?分析表明，酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的，它们占总酸度的 90%以上，其余为一些弱酸。从我国的情况来看，酸雨中含硫酸一般比硝酸多，主要是硫酸型酸雨。酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理过程，目前世界各国对酸雨的形成机理还不很清楚。一般认为，酸雨是由于人为排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后，造成局部地区大气中的二氧化硫富集，在水凝结过程中溶解于水形成亚硫酸，然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的氧化作用生成硫酸，随雨水降下形成酸雨。形成酸雨还要有一定的环境气候条件，如湿
5、度高、雨量大、无风，以及一定的地理因素等。煤和石油中往往含有硫，在燃烧时，绝大部分硫转变成二氧化硫随烟气排到空中，在一定条件下形成酸雨。我国的酸雨问题有以下特点：(1)酸雨分布面广，据 23个省、市、自治区调查情况表明，有 20个出现酸雨。(2)酸雨分布存在着明显的区域性，主要集中在西南、中南和华东地区，并且有从北到南逐渐加重的趋势。(3)不少地区的酸雨已相当严重，而且逐年加重。(4)酸雨的发展速度很快。(5)酸雨主要是由硫酸及硫酸盐引起的。如何防治酸雨呢?要防治酸雨的污染，最根本的途径是减少人为排放的污染物。人为排放的二氧化硫主要是由于燃烧高硫煤(煤中一般含硫的质量分数为 03% 5%)造成
6、的，因此，研究煤炭中硫资源的综合开发与利用，是防治酸雨的有效途径。具体做法是大力进行煤炭洗选加工，综合开发煤、硫资源；对于高硫煤和低硫煤实行分产分运，合理使用；在煤炭燃烧过程中，采取排烟脱硫技术，回收二氧化硫，生产硫酸；发展脱硫煤、成型煤供民用；有计划地进行城市煤气化等。2.氢能氢能是未来最理想的能源，氢燃烧后唯一的产物是水，无环境污染问题。氢作为能源放出的能量还远大于煤、石油、天然气等能源，1 g 氢气燃烧能释放出 142 kJ的热量，是汽油发热量的 3倍。目前世界上氢气的年产量为 3 600万吨，但绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的；电解水制氢气因消耗电能太多，经济上不合算，只占 4%
7、份额。所以，研究新的、经济上合理的制氢方法是一项具有战略性的研究课题。图 7-2 氢能源循环体系构想图上图是一种最理想的氢能源循环体系，太阳能和水是用之不竭的，而且价格低廉。极需研究的是寻找合适的光分解催化剂，它能在光照下促使水的分解速率加快。当然，氢发电机的反应器和燃料电池也是需要研究的领域。实现这一良性循环，将使人类永远可以各取所需地消耗电能。光分解水制氢的研究已有一段历史。目前也找到一些好的催化剂，如钙和联吡啶形成的配合物，它所吸收的阳光正好近似于水分解成氢和氧所需的能量。另外，二氧化钛和某些含钙的化合物也较适用作催化剂。酶催化水解制氢亦是一种途径。已经发现一些微生物，通过氢化酶诱发电子
8、与水中氢离子结合起来，生成氢气。总之，光分解水制氢方面还应加强基础研究，寻求新的方法和催化剂。一旦有所突破，这将能使人类在能源问题上一劳永逸。(摘自展望 21世纪的化学，化学工业出版社)3.几种能源简介太阳能 地球上最根本的能源是太阳能。煤、石油中的化学能是由太阳能转化而成的，风能、生物能、海洋能等其实也都来自太阳能。太阳每年辐射到地球表面的能量为501018 kJ，相当于目前全世界能量消费的 1.3万倍，真可谓取之不尽用之不竭，因此利用太阳能的前景非常诱人。阳光普照大地，单位面积上所受到辐射热并不大，如何把分散的热量聚集在一起成为有用的能量是问题的关键。太阳能的利用方式是光热转化或光电转化。
9、太阳能的热利用是通过集热器进行光热转化的，集热器也就是太阳能热水器。它的板芯由涂了吸热材料的铜片制成，封装在玻璃钢外壳中。铜片只是导热体，进行光热转化的是吸热涂层，这是特殊的有机高分子化合物。封装材料也很有讲究，既要有高透光率，又要有良好的绝热性。随涂层、材料、封装技术和热水器的结构设计等不同，终端使用温度较低的在 100 以下，可供生活热水、取暖等；中等温度在 100 300 之间，可供烹调、工业用热等；高温的可达 300 以上，可以供发电站使用。20 世纪 70年代石油危机之后，这类热水器曾有蓬勃发展，特别是在美国、以色列、日本、澳大利亚等国家安装家用太阳能热水器的住宅很多(10%35%)
10、。20 世纪 80年代在美国已建成若干示范性的太阳能热发电站，用特殊的抛物面反光镜聚集热量获得高温蒸汽送到发电机进行发电。太阳能也可通过光电池直接变成电能，这就是太阳能电池、光伏打电池。它们具有安全可靠、无噪声、无污染、不需燃料、无需架设输电网、规模可大可小等优点，但需要占用较大的面积，因此比较适合阳光充足的边远地区的农牧民或边防部队使用。已有使用价值的光电池种类不少，多晶硅(Si)、单晶硅(掺入少量硼、砷)、碲化镉(CdTe)、硒化铜铟(CuInSe)等都是制造光电池的半导体材料，它们能吸收光子使电子按一定方向流动而形成电流。光电池应用范围很广，大的可用于微波中继站、卫星地面站、农村电话系统
11、，小的可用于太阳能手表、太阳能计算器、太阳能充电器等，这些产品已有广大市场。对于利用阳光发电，在美国有 Solar 2000计划，目标是到 2000年美国太阳能电池总产量达 1 400兆瓦。日本在 20世纪 70年代就制定了“阳光计划”。近年来，德国的ELDURADO计划等也都是致力于太阳能的开发利用。我国自 20世纪 80年代起也开始了太阳能电池的研究，引进了国际先进的技术。太阳能电池现已有小批量生产，受到西藏无电地区牧民们的欢迎。这种小的太阳能发电装置可以为一台彩色电视机和一部卫星接收机提供电源，或为家庭照明和家用电器供电。风能 这是利用风力进行发电、提水、扬帆助航等的技术，这也是一种可以
12、再生的干净能源。按人均风电装机容量算，丹麦遥遥领先，其次是美国和荷兰。我国东南沿海及西北高原地区(如内蒙古、新疆)也有丰富的风力资源，现已建成小型风力发电厂 9个，发电装机容量 2万千瓦。风力发电也将是电力建设的一个方面。地热能地壳深处的温度比地面上高得多，利用地下热量也可进行发电。在西藏的发电量中，一半是水力发电，约 40%是地热电，火力发电只占 10%左右。西藏羊八井地热电站的水温在 150 左右，台湾清水地热电站水温达 226 。温度较低的地热泉(温泉)遍布全国，已打成地热井 2 000多处。地热能与地球共存亡，地热潜力不容忽视。海洋能 在地球与太阳、月亮等互相作用下海水不停地运动，站在海滩上，可以看到滚滚海浪，在其中蕴藏着潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，这些能量总称海洋能。从20世纪 60年代起法国、前苏联、加拿大、芬兰等国先后建成潮汐能发电站，波浪能发电和温差能发电的示范装置也都已问世。我国在东南沿海先后建成 7个小型潮汐能电站，其中浙江温岭的江厦潮汐能电站具有代表性，它建成于 1980年，至今运行状况良好，并且还在海湾两侧，围垦农田，种植柑橘，养殖水产，取得很好的综合效益。
