第六單元

控制燃燒第二節(jié)化石燃料的利用說到燃料，大家不會(huì)陌生，柴草、木炭、煤、汽油、柴油、天然氣、管道煤氣、酒精等都是我們熟悉的燃料，它們?nèi)紵蠖寄軌蛱峁┠芰?。其中，煤、石油和天然氣等是埋藏在地下的不可再生的化石燃料。它們是由遠(yuǎn)古時(shí)代的生物體被埋入地下后，經(jīng)過億萬(wàn)年的時(shí)間，在地球內(nèi)部的熱量和壓力的作用下緩慢形成的。除了可燃性，這些化石燃料還有哪些性質(zhì)?人類是如何利用這些性質(zhì)的?一、化石燃料的燃燒煤、石油和天然氣的主要成分都是碳?xì)浠衔?。這類物質(zhì)在空氣(氧氣)中燃燒時(shí)，碳原子、氫原子分別與氧原子結(jié)合，轉(zhuǎn)化為CO2和H2O，同時(shí)會(huì)以光和熱的形式釋放出能量，因而是很好的能源?，F(xiàn)在，世界上多數(shù)國(guó)家利用的能量(如熱能、電能等)主要來自化石燃料的燃燒。例如在我國(guó)，很大一部分電能是由煤燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化而來的。用來驅(qū)動(dòng)汽車、飛機(jī)和輪船的燃料主要是從石油中分離出來的汽油、航空煤油和柴油等。煤、汽油、煤油、柴油和液化石油氣等燃料中，除了含有碳、氫元素外，還含有少量硫、氮等元素，它們?cè)谌紵龝r(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化為二氧化硫和氮的氧化物，釋放到大氣中，造成環(huán)境污染。天然氣的主要成分是甲烷，是一種清潔能源。用壓縮天然氣(CNG)驅(qū)動(dòng)汽車，能夠顯著改善汽車尾氣帶來的污染現(xiàn)象。我國(guó)有些農(nóng)村地區(qū)把農(nóng)作物的秸稈、雜草、人畜糞便等儲(chǔ)存在密閉的池子中發(fā)酵，可以產(chǎn)生沼氣。沼氣的主要成分也是甲烷。不同的燃料，成分不盡相同，性質(zhì)存在差異。沒有任何一種燃料是最理想的。煤炭?jī)r(jià)廉、易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，但難以點(diǎn)燃且燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫和煙塵；天然氣熱值高，燃燒時(shí)不會(huì)污染環(huán)境，但是不易儲(chǔ)存和運(yùn)輸……在選擇燃料時(shí)要綜合考慮各方面的因素。選擇合適的燃料閱讀下表提供的信息，思考并討論問題。討論：燒烤食物、家庭做飯、冬季住宅供暖分別可選擇什么燃料?你的理由是什么?二、化石燃料的綜合利用隨著化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到化石燃料不僅是優(yōu)質(zhì)的能量來源，還是寶貴的化工資源?；瘜W(xué)家和化學(xué)工程師們以石油為原料，開創(chuàng)了輝煌的石油化學(xué)工業(yè)。他們改變石油中的分子，使大分子斷裂為小分子，再將小分子按需要組合成大分子，從而把石油轉(zhuǎn)化成塑料、合成橡膠、合成纖維、藥物和染料等。所以，人們把石油稱為“工業(yè)的血液”。從眼鏡、足球，到染發(fā)劑、阿司匹林、人工心臟膜……我們的生活已經(jīng)離不開石油化工產(chǎn)品。我國(guó)的能源資源現(xiàn)狀是“富煤、貧油、少氣”煤炭?jī)?chǔ)量占我國(guó)化石能源總儲(chǔ)量的90%以上。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)也以煤為主，煤炭消費(fèi)占比遠(yuǎn)超世界平均水平。煤炭燃燒帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染非常嚴(yán)重，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤的綜合利用已是當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)前，煤的綜合利用主要有煤的焦化、液化和氣化，其產(chǎn)物是化肥、農(nóng)藥、合成材料及冶金等領(lǐng)域的重要原料。隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境要求的不斷提高，能源體系也將發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，清潔化、低碳化是未來燃料發(fā)展的重要方向?？茖W(xué)家們一方面大力研發(fā)化石燃料的高效清潔利用技術(shù)，另一方面積極探索其他可再生的替代能源，尤其是污染性小的綠色能源，如氫能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能和核能等，以保持人類社會(huì)與自然的和諧可持續(xù)發(fā)展。認(rèn)識(shí)碳單質(zhì)在自然界中，大量碳元素是以化合態(tài)的形式存在于化石燃料中，而以單質(zhì)形式存在的有金剛石、石墨等。你還了解哪些碳單質(zhì)?它們具有什么特性?1.金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的，但其結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致性質(zhì)差異巨大。金剛石是天然存在最硬的物質(zhì)，而石墨則很軟、有滑膩感，還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。

由于天然金剛石資源稀少，價(jià)格昂貴，人工制造金剛石成了人們的夢(mèng)想。直至20世紀(jì)30年代，在高溫高壓催化劑的條件下，人們實(shí)現(xiàn)了將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石，開啟了人造金剛石的工業(yè)化生產(chǎn)之路。討論：石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是化學(xué)變化還是物理變化?2.長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為由碳元素組成的單質(zhì)只有金剛石和石墨兩種。1985年，在對(duì)石墨的激光氣化產(chǎn)物進(jìn)行研究時(shí)，意外地觀測(cè)到了過去未曾發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，這引起了科學(xué)家的好奇。他們經(jīng)過反復(fù)研究，終于發(fā)現(xiàn)了由60個(gè)碳原子構(gòu)成的碳的另一種單質(zhì)——C60分子，并確定了其足球狀結(jié)構(gòu)。C60的發(fā)現(xiàn)開辟了一個(gè)全新的碳世界，科學(xué)家們相繼又發(fā)現(xiàn)了一些新的碳單質(zhì)，如C50、C70、C240、碳納米管等。C60的獨(dú)特結(jié)構(gòu)決定了它具有一些特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)在超導(dǎo)、催化、材料、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。C60的發(fā)現(xiàn)是20世紀(jì)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。討論：

C60的發(fā)現(xiàn)過程給了你什么啟示?3.木炭、焦炭、活性炭是日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的含碳物