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  4. 爆炸、自燃化学反应方程式的书写文字表达式燃料的利用和新能源的开发

有两则新闻引起曾引起人们的广泛关注:①2003年5月13日,安徽淮北芦岭煤矿发生特大瓦斯爆炸(瓦斯的主要成分是甲烷),造成重大伤亡.②2003年5月26日,中央电视台《新闻联播》报道,

一、题文

有两则新闻引起曾引起人们的广泛关注:①2003年5月13日,安徽淮北芦岭煤矿发生特大瓦斯爆炸(瓦斯的主要成分是甲烷),造成重大伤亡.②2003年5月26日,中央电视台《新闻联播》报道,“西气东输”工程进展迅速,江苏将用到质优价廉的天然气.
(1)请用化学知识分析瓦斯爆炸的原因______.
(2)写出天然气燃烧的化学方程式______.
(3)上面两个例子说明,化学物质可以造福于人类,但有时也会给人类带来危害.请你再举出生活中的一种物质说明这个问题______.

考点提示:爆炸、自燃,化学反应方程式的书写,文字表达式,燃料的利用和新能源的开发

二、答案

(1)瓦斯爆炸是因为甲烷和空气的混合气体达到了甲烷的爆炸极限,同时又遇到了明火,故填:甲烷在空气中的含量达到爆炸极限,有明火;
(2)甲烷燃烧能生成二氧化碳和水,故填:CH4+2O2
 点燃 
.
 
CO2+2H2O;
(3)塑料袋既能方便人们盛装物品,又能带来环境污染,故填:塑料袋,有利的方面是方便人们装物品,不利的是废弃塑料袋会造成环境污染.

三、考点梳理

知名教师分析,《有两则新闻引起曾引起人们的广泛关注:①2003年5月13日,安徽淮北芦岭煤矿发生特大瓦斯爆炸(瓦斯的主要成分是甲烷),造成重大伤亡.②2003年5月26日,中央电视台《新闻联播》报道,》这道题主要考你对 爆炸、自燃化学反应方程式的书写文字表达式燃料的利用和新能源的开发 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:爆炸、自燃,化学反应方程式的书写,文字表达式,燃料的利用和新能源的开发

考点名称:爆炸、自燃
  • 自燃:
    1. 概念:自燃是由缓慢氧化引起的自发燃烧。如果缓慢氧化产生的热量不能及时散失,就会越积越多,当温度升高到可燃物的着火点时,如果再遇到氧气就会引起自发的燃烧,这就是自燃。
    爆炸:
    1. 概念:通常说的爆炸指可燃物拒有限空间内急速燃烧,短时间内聚积大量的热量,使气体体积迅速膨胀引起的爆炸。
  • 自燃:
        露在地表的煤层,由于气候炎热,发生缓慢氧化反应而导致自燃。
    贮存棉花、饲草的仓库,沾满机器油的破布、棉丝等堆积时间长了,通风不好有时就会自燃。在干燥的季节,森林也会自燃。
    在坟地里出现“磷火”也是一种自燃现象。
    人和动物机体里含磷的有机物腐败分解能生成磷化氢气体。这种气体着火点很低,接触空气就会自燃。在缺乏科学知识的时代,常把这种自燃现象说成是“鬼火”。
    平时将白磷浸泡在冷水里,防止自燃。白磷的着火点低(40℃),可用它做自燃实验。取出少许白磷溶解在二硫化碳中,然后把溶液倒在滤纸上,待二硫化碳挥发后,白磷在滤纸上与空气中氧气充分接触就会自燃。

    爆炸:
         爆炸是我们日常生活中常见的观象,但有的爆炸仅仅是由物理变化引起的,如轮胎爆炸;有螳爆炸则是由化学变化引起的,如火药爆炸,汽油、液化气等燃料的爆炸等。其中,由化学变化引起的爆炸是学习的重点,这种类型的爆炸主要是由于:
    ①在有限的空间 (如炸弹)内,发生急速的燃烧,短时问聚积大量的热,使气体的体积迅速膨胀;
    ②氧气的浓度高,或者可燃物 (气体、粉尘)与氧气的接触面积很大,燃烧范围广,周围的空气迅速猛烈膨胀。防止这类爆炸的方法:通风,禁止烟火等。
  • 燃烧,缓慢氧化,自燃,爆炸(由化学变化引起)的比较:
    燃烧缓慢氧化自燃爆炸
    概念可燃物与氧气发生的一种发光放热的剧烈的氧化反应缓慢进行的氧化反应由缓慢氧化引起的自发燃烧可燃物在有限空间内发生的急速燃烧
    能量变化放热明显放出热量随时散失放热明显放热明显
    温度达到可燃物的着火点未达到可燃物的着火点达到可燃物的着火点达到可燃物的着火点
    是否发光发光无明显发光现象发光发光
    联系均属于氧化反应,均放出热量
  • 易燃易爆物的安全知识:
    (1)易燃物:一般来说,易燃物指的是那些易燃的气体和液体,容易燃烧、自燃或遇水可以燃烧的固体,以及一些可以引起其他物质燃烧的物质等。常见的有硫;磷、酒精,液化石油气、氢气、乙炔、沼气、石油产品、面粉、棉絮等。

    (2)易爆物:指的是那受热或受到撞击时.容易发生爆炸的物质。

    (3)一些与燃烧和爆炸有关的图标:

    (4)再生产、运输、使用、储存易燃、易爆物时的注意事项:
    ①对厂房和仓库的要求:与周围建筑物间有足够的防火距离。车间,仓库要有防火、防爆、通风、静电除尘、消防等器材设备,严禁烟火,杜绝一切可能产生火花的因素。容器要求:要牢固、密封、警示标志明显且要注明物品名称、化学性质、注意事项。
    ③存放要求:单存、单放、远离火种:注意通风。
    ④运输要求:轻拿轻放、勿撞击。
    ⑤工作人员要求:严禁烟火、人走电断。

    火灾自救及逃生策略:

    (1)可燃性气体泄漏时的注意事项当室内天然气、液化石油气、煤气泄漏后室内充满可燃性气体.在此环境中打电话或打开换气扇开关,可能产生电火花,造成爆炸、所以应先关闭总阀、开窗通风,并在杜绝一切明火的同时,查找泄露的原因。

    (2)火灾自救策略
    ①迅速找到安全通道;
    ②火灾时上层空气中氧气少,毒气浓度大,所以要匍匐前进:
    ③房间发生火灾时不能随时开门开窗,开门开窗会增加氧气量,使火势更加凶猛;
    ④火灾时,会产生大量浓烟,使人窒息,因此最好用湿布捂住口鼻;
    ⑤在山林中遇到火灾时,应逆风而跑,因为顺着风更容易被烧伤或发生危险。

    爆炸极限:
    (1)概念:可燃性气体在空气中达到一定浓度时,遇到明火会发生爆炸,人们把容易导致爆炸的空气中可燃性气体的体积分数范围,称为该气体的爆炸极限。
    ①当可燃性气体在混合气体中的含量高于爆炸极限的上限时,可燃性气体可以安静地燃烧;而低于爆炸极限的下限时,则无法燃烧。
    ②我们通常所说额可燃性气体检验纯度,其实就是检验可燃性气体有没有达到爆炸极限,只要超过爆炸极限的上限,可燃性气体就可以安静的燃烧。

    (2)几种常见物质的爆炸极限
    可燃物爆炸极限
    甲烷5%-15%
    丙烷2.2%-9.5%
    乙醇3.4%-19%
    氢气4.0%-75%
    一氧化碳12.5%-74%
    液化气2.0%-12%
    水煤气7.0%-72%

    粉尘爆炸实验:
    (1)实验装置及步骤
    下面是模拟粉尘爆炸的一个实验:如下图所示,在无盖小塑料筒里放入干燥面粉,点燃蜡烛,用塑料盖盖住金属筒,迅速鼓入大量空气,不久,便会听到“砰”的一声,爆炸的气浪将金属筒的塑料盖掀起。


    (2)现象:砰的一声响,伴随着一团火光产生,放热,塑料盖被掀起。

    (3)分析:面粉被吹起,与空气充分接触,又被蜡烛点燃,在有限空间内发生急剧地燃烧,并让出大量热,产生的气浪将塑料盖掀起,说明可燃物的粉尘在有限的空间内急剧燃烧,能发生爆炸。
考点名称:化学反应方程式的书写
  • 化学方程式的书写原则遵循两个原则:
    一是必须以客观事实为基础,绝不能凭空设想、主观臆造事实上不存在的物质和化学反应;

    二是遵循质量守恒定律,即方程式两边各种原子的种类和数目必须相等。
  • 书写化学方程式的具体步骤:
    (1)写:根据实验事实写出反应物和生成物的化学式。反应物在左,生成物在右,中间用横线连接,如: H2+O2——H2O,H2O——H2+O2
    (2)配:根据反应前后原子的种类和数目不变的原则,在反应物和生成物的化学式前配上适当的化学计量数,使各种元素的原子个数在反应前后相等,然后将横线变成等号。配平后,化学式前的化学计量数之比应是最简整数比,如:2H2+O2=2H2O,2H2O= 2H2+O2
    (3)注:注明反应条件【如点燃、加热(常用“△”表示)、光照、通电等〕和生成物的状态(气体用“↑”。沉淀用“↓”。)。如:2H2+O22H2O,2H2O2H2↑+O2↑。

    化学计量数:

    化学计量数指配平化学方程式后,化学式前面的数字。在化学方程式中,各化学式前的化学计量数之比应是最简整数比,计数量为1时,一般不写出。

    书学化学方程式的常见错误:

    常见错误违背规律
    写错物质的化学式客观事实
    臆造生成物或事实上不存在的化学反应
    写错或漏泄反应条件
    化学方程式没有配平质量守恒
    漏标多标“↑”、“↓”符号——

    书写化学方程式时条件和气体、沉淀符号的使用:
    (1).“△”的使用
    ①“△”是表示加热的符号,它所表示的温度一般泛指用酒精灯加热的温度。
    ②如果一个反应在酒精灯加热的条件下能发生,书写化学方程式时就用“△”,如:2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑。
    ③如果一个反应需要的温度高于用酒精灯加热的温度,一般用“高温”表示;如:CaCO3CaO+ CO2
     
    (2)“↑”的使用
     ①“↑”表示生成物是气态,只能出现在等号的右边。
    ②当反应物为固体、液体,且生成的气体能从反应体系中逸出来,气体化学式后应该加“↑”。如Fe+ 2HCl==FeCl2+H2↑。
    ③当反应物是溶液时,生成的气体容易溶于水而不能从反应体系中逸出来,则不用“↑”,如:H2SO4+ BaCl2==FeCl2+2HCl
    ④只有生成物在该反应的温度下为气态,才能使用“↑”。
    ⑤若反应物中有气态物质,则生成的气体不用标 “↑”。如:C+O2CO2

    (3)“↓”使用
    ①“↓”表示难溶性固体生成物,只能出现在等号的右边
    ②当反应在溶液中进行,有沉淀生成时,用 “↓”,如:AgNO3+HCl==AgCl↓+HNO3
    ③当反应不在溶液中进行,尽管生成物有不溶性固体,也不用标“↓”,如:2Cu+O22CuO
    ④反应在溶液中进行,若反应物中有难溶性物质,生成物中的难溶性物质后面也不用标“↓”。如:Fe +CuSO4==FeSO4+Cu.

    化学方程式中“↑”和“↓”的应用:

    ①“↑”或“↓”是生成物状态符号,无论反应物是气体还是固体,都不能标“↑”或“↓”;
    ②若反应在溶液中进行且生成物中有沉淀,则使用“↓”;若不在溶液中进行,无论生成物中是否有固体或难溶物,都不使用“↓”;
    ③常温下,若反应物中无气体,生成物中有气体.
  • 提取信息书写化学方程式的方法:
          书写信息型化学方程式是中考热点,题目涉及社会、生产、生活、科技等各个领域,充分体现了化学学科的重要性,并考查了同学们接受信息、分析问题和解决问题的能力。解答这类题日的关键是掌握好化学方程式的书写步骤,可按两步进行:首先正确书写反应物和生成物的化学式,并注明反应条件及生成物状态;第二步就是化学方程式的配平。
考点名称:文字表达式
  • 概念:用文字表示化学反应的式子

    文字表达式的书写步骤:
    (1)写:根据反应事实写出反应物和生成物
    (2)注:注明反应条件:[点燃,加热,光照,通电等]
考点名称:燃料的利用和新能源的开发
  • 新能源:
         在合理开发、综合利用化石能源的同时,积极开发氢能、核能.太阳能、生物质能(沼气)、风能、水能、地热能、潮汐能等新型能源,以应对能源危机,减轻环境污染,促进社全可持续发展.
  • 几种常见的新能源: 
    (1)车用乙醇汽油
    将乙醇液体中含有的水进一步除去,再添加适量的变性剂可形成变性燃料乙醇,将其与汽油以一定的比例混合形成乙醇汽油。酒精中不含氮、硫等元素,因此它完全燃烧后排放的尾气中污染物少,有利于保护环境,所以乙醇汽油是较清浩的能源。掺有10%乙醇的汽油燃烧可使CO排放量减少30%,碳氢化合物排放量减少10%,这种燃料不仅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。目前在我国的一城市正在逐步推广使用乙醇汽油。

    (2)氢能
    ①氢气作为未来理想能源的优点
    a.氢气的来源广泛,可以由水制得。
    b.氢气燃烧的热值比化石燃料高(如下图).大约是汽油热值的二倍。
    c.最突出的优点是燃烧产物是水,不污染环境因此氢能源具有广阔的开发前景。
    ②氢气的性质
    a.氢气的物理性质:通常情况下,氢气是无色、无味的气体,难溶于水,密度是0.089g/L,比空气密度小,是最轻的气体。
    b.氢气的化学性质:氢气的可燃性:纯净的氢气在空气中能安静地燃烧,这个反应的化学方程式为2H2+O22H2O,现象为:产生淡监色火焰,放山热量氢气的还原性:氢气在加热条下,能跟某些金属氧化物反应,夺取金属氧化物中的O,因此,氢气具有还原性,即能使金属的氧化物失去O而还原为金属,氢气是一种重要的还原剂。
    如氢气还原氧化铜:H2+CuOCu+H2O
    现象:黑色固体粉末逐渐变为红色,试管内壁有水珠产生。
    ③氢能源的开发
    a. 电解水的方法:消耗电量太多,成本高,不经济,不能大规模地制取氢气。
    b. 理想的制氢方法:寻找合适的光分解催化剂,使水在太阳光的照射下分解产生氢气、
    ④氢气的储存:由于氢气是一种易燃易爆的气体,难液化,储存和运输不方便也不安全。如何储存氢气是氢能源开发研究的又一关键问题。目前,人们发现某些金属合金如Ti—Fe、Ti—Mn、La—Ni等具有储氢功能。其中La—Ni合金在常温、0.152MPa下就能放出氢气,已用于氢能汽车和燃料电池中氢气的储存,新型储氢型合金材料的研制和实际应用对氢能源开发具有重要意义

    (3)生物质能
    指太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,取之不尽用之不竭,是一种可再生能源。通常包括木材,森林废弃物,农业废弃物,水生植物,油料植物,工业有机废弃物,动物粪便等。具有可再生性、低污染性、分布广泛、总量丰富等特性。
    ①沼气是有机物质在厌氧条件下经过微生物发酵而生成的一种可燃性气体,其主要成分是CH4。
    ②沼气的制取
    把秸秆、杂草、人类粪便等废弃物放在密闭的沼气池中发酵,就可以产生甲烷。如图:

    ③发展沼气的意义:解决农村生活的燃料问题,提高农家肥的肥效。减少污染物的排放,保护环境。

    (4)其他的新能源
    随着社会对能量的需求量越来越大,化学反应提供的能量已经不能满足人类的需求。目前,人们正在开发和利用的新能源有太阳能、核能、风能、水能、地热能和潮汐能等。
    ①太阳能:地球上最根本的能源是太阳能。太阳能的利用一是通过集热器进行光热转换,如太阳能热水器.二是通过光电池直接转化为电能,如太阳能电池
    ②核能:来源于原子核的变化,这类变化叫核反应。核反应过程中由于原子核的变化,而伴随着巨大的能量变化,所以核能也叫原子能。
    ③风能:利用风力进行发电、扬帆助航等技术,也是一种可以再生的清洁能源
    ④地热能:地壳深处的温度比地面高得多,利用地下热量也时进行发电
    ⑤海洋能:在地球与长阳、月亮等的相互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、温差能,这些能量总称海洋能。

  • 沼气与天然气的区别:
    沼气和天然气的主要成分一样,都是CH4,但沼气并不是天然气。天然气是化石能源,属于不可再生能源,沼气是可再生能源。

    节能:
    (1)解决人类能源短缺的途径
    ①节约能源;
    ②开发利用新能源,

    (2)节约能源的途径
    ①充分燃烧燃料:如使煤粉碎或气化后燃烧;
    ②充分利用热能:如综合利用;
    ③变废物为能源:如沼气。

    (3)节能标志

    中国节能标志由“energy”的第一个字母e构成一个圆形图案,中间包含了一个变形的汉字“节”.寓意为 “节能”。缺口的外圆又构成“China”的第1个字母 “C”.“节”的上半部分简化成一段古长城的形状,与下半部构成一个烽火台的图案,一起象征着中国。“节” 的下部又是“能”的汉语拼音第1个字母“N”,整个图案中包含了中英文,有利于与国际接轨。
  • 可燃冰:
       可燃冰是甲烷水合物,外观像冰。它由甲烷分子和水分子组成,还含有少量二氧化碳等其他气体。可燃冰在低温高压条件下形成,1体积可燃冰可储载100 一200倍体积的甲烷气体,具有能量高、热值大等优点。目前发现的可燃冰储量大约是化石燃料总和的2 倍,它将成为替代化石燃料的新能源。但是,可燃冰埋藏于海底的岩石中,目前开采在技术上还存在很大困难。如果在开采时甲烷气体大量泄漏到大气中,造成的温室效应将比二氧化碳更加严重。

    燃料电池:

        燃料电池是一种化学电池,它将物质发生化学反应时释放出的能量直接转变为电能。燃料电池与普通化学电池不一样,它工作时需要外界连续地向其供给燃料和氧化剂。正是由于它是把燃料进行化学反应释放出的能量变为电能输出,所以被称为燃料电池-- 燃料电池在结构上与蓄电池相似,由正极、负极和电解液组成.两极多是由钦、镍等惰性微孔材料制成,它们确利于气体燃料及空气或氧气通过,但不参与化学反应。以氢氧燃料电池为例,电池工作时,从负极将氢气输送进去,从正极将氧气输送进去,氢气和氧气在电池内部发生电化学反应,使燃料的化学能转变为电能。除了氢气,甲烷、煤气等也可作为燃料电池的燃料。目前。已研制成功铝空气燃料电池,它是用纯铝作负极,空气作正极,铝空气电池可以代替汽油提供汽车动力,这种电池还能用于收音机、照明设备、野营炊具、野外作业工具等。燃料电池具有能量转化率高,对环境污染小,工作时安静且无机械磨损等许多优点,在汽车、通信等许多方面得到了应用。

    氢能源循环体系:
         下图是一种最理想的氧能源循环体系,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.将使人类可以各取所需地消耗电能。


    太阳能的利用方式:
    日前太阳能的利用方式是光热转换和光电转换两种方式。
    (1)光热转换方式
    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,封装存玻璃钢外壳中。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,终端使用温岌较低的在200℃以下,可供生活热水、取暖等;中等温在存200~800℃之间,可供烹调、工业用热等;高温的可达800℃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、澳人利亚等国家,安装家用太阳能热水器的件它很多 (1()%~35%)。20世纪80年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。

    (2)光电转换方式
    太阳能也可通过光电池直接变成电能,这就是太阳能电池。其具有安全可靠、无噪、无污染、:不需燃料、无需架设输电网、规模可大叫可小等优点,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.如多晶硅(Si蜥)、单晶硅(掺入少量硼、砷)、碲化镉 (cdTe)、础化铜钢(culnSe)等都是制造光电池的半导体材料,它们能吸收光子使电子定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,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。

    有关能源的几种常见概念:
    (1)一级和二级能源
    一级能源是直接开采或直接被利用的能源.如煤、石油、天然气、水能等
    二级能源是由一级能源转化产生的能源,如水电、火电、酒精等汽油、柴油等石油产品都是由石油分馏产生的,因此属于二级能源

    (2)绿色能源和清洁能源
    绿色能是指对环境无影或影响很小的能源:如:电能、光能、潮汐能、氢能等
    清洁能源是指使用时不产生污染环境的物质,但产物排放过多会对环境有影响的能源,如乙醇、甲烷等燃料燃烧产生的CO2,空气中CO2过多会产生温室效应

    (3)可再生能源和不可再生能源
    通过大自燃的循环可不断转化的能源称为可再生能源。如水能、氢能、乙醇等,要通过几百万年才能形成的能源、用一点少一点,这样的能源称为不可再生能源.如化石燃料

    (4)化学能、物理能、核能
    化学能:通过化学反应中获得的能量,如化石燃料和其他燃料燃烧产生的能量。
    物理能:不通过化学反应直接获得的能量.如水能、地热能、潮汐能、风能。
    核能:通过原子核变化获得的能量,如原子弹、氢弹爆炸释放的能量,核反应堆中产生的能量。

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