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  4. 燃料的利用和新能源的开发 二氧化碳的性质

从氧气、氮气、甲烷和二氧化碳四种物质中,选择适宜的物质填空.能使紫色石试液变红的是______;天然气的主要成分是______.(写化学式)

一、题文

从氧气、氮气、甲烷和二氧化碳四种物质中,选择适宜的物质填空.能使紫色石试液变红的是______;天然气的主要成分是______.(写化学式)

考点提示:燃料的利用和新能源的开发 ,二氧化碳的性质

二、答案

能使紫色石蕊试液变红色的气体是酸性气体二氧化碳,因为它与水反应生成碳酸,化学式为:CO2;天然气的主要成分是甲烷,化学式为:CH4
故答案为:CO2;CH4

三、考点梳理

知名教师分析,《从氧气、氮气、甲烷和二氧化碳四种物质中,选择适宜的物质填空.能使紫色石试液变红的是______;天然气的主要成分是______.(写化学式)》这道题主要考你对 燃料的利用和新能源的开发 二氧化碳的性质 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:燃料的利用和新能源的开发 ,二氧化碳的性质

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。
考点名称:二氧化碳的性质
  • 概述:
        二氧化碳是空气中常见的化合物,其分子式为CO?,由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成,常温下是一种无色无味气体,密度比空气略大,能溶于水,与水反应生成碳酸。固态二氧化碳俗称干冰。二氧化碳被认为是造成温室效应的主要来源。
  • 物理性质:
    常温下,二氧化碳是一种无色无味的气体,密度比空气大,能溶于水。
    固态的二氧化碳叫做干冰。

    化学性质:
    (1)一般情况下,二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧,不供给呼吸,因此当我们进入
    干枯的深井,深洞或久未开启的菜窖时,应先做一个灯火实验,以防止二氧化碳浓度
    过高而造成危险
    (2)二氧化碳和水反应生成碳酸,使紫色石蕊试液变红:CO2 + H2O===H2CO3
    碳酸不稳定,很容易分解成水和二氧化碳,所以红色石蕊试液又变回紫色:
    H2CO3===H2O + CO2
    (3)二氧化碳和石灰水反应:Ca(OH)2 + CO2====CaCO3↓+ H2O
    (4)二氧化碳可促进植物的光合作用:6CO2+6H2OC6H12O6+6O2
  • 一氧化碳和二氧化碳性质的比较:

     

     

    一氧化碳

    二氧化碳

    物理性质

    状态

    无色,无味气体

    无色,无味气体

    密度

    1.250g/l(略小于空气)

    1.977g/l(大于空气)

    溶解性

    1体积水中约溶解0.02体积

    1体积中约溶解1体积

    化学性质

    可燃性

    有可燃性
    2CO+O22CO2

    一般情况下,既不能燃烧,也不能支持燃烧

    还原性

    有还原性:
    CuO+COCu+CO2

    没有还原性

    跟水反应

    不能

    能:CO2+H2O==H2CO3

    跟澄清石灰水反应

    不能

    CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O

    毒性

    有毒

    无毒

    主要用途

    作气体燃料,用于高炉炼铁

    灭火,人工降雨,干冰制冷剂等,作化工原料和温室肥料

    相互转化

    C+O2CO2
    C+CO22CO
  • 干冰:
    一定条件下,二氧化碳气体会变成固体,固体二氧化碳叫“干冰”。干冰升华时,吸收大量的热,因此可作制冷剂。如果用飞机向云层中撤干冰,由于干冰升华吸热,空气中的水蒸气迅速冷凝变成水滴,就可以形成降雨。 

    二氧化碳不一定能灭火:
    二氧化碳一般不支持燃烧,但在一定条件下,某些物质也可以在二氧化碳中燃烧,如将点燃的镁条伸入盛有二氧化碳的集气瓶中,镁条能继续燃烧,反应的化学方程式为:2Mg+CO22MgO+C,所以活泼金属着火不能用二氧化碳来灭火

    二氧化碳与一氧化碳的鉴别方法:
    (1)澄清石灰水:将气体分别通入澄清石灰水中,能使澄清石灰水变浑浊的是二氧化碳,无明显现象的是一氧化碳。
    (2)燃着的木条:将气体分别在空气中点燃,能燃烧的是一氧化碳,不能燃烧的是二氧化碳。
    (3)紫色石蕊试液:将气体分别通入紫色石蕊试液中,能使石蕊试液变红的是二氧化碳,无明显现象的是一氧化碳。
    (4)还原金属氧化物:将气体分别通过灼热的氧化铜,出现黑色粉末变红这一现象的是一氧化碳,没有明显现象的是二氧化碳。

    二氧化碳与一氧化碳的除杂方法:
    1.CO(CO2)(括号内的物质为杂质):通常将气体通人过量的碱溶液(一般用氢氧化钠溶液而不用澄清石灰水)中,二氧化碳与碱溶液反应,从而达到除杂的目的。
    2.CO2(CO)(括号内的物质为杂质):通常将气体通过灼热的氧化铜,一氧化碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳,从而达到除杂的目的。不能用点燃的方法,因为CO2不支持燃烧,也不能燃烧。
  • 二氧化碳与石灰石的应用:
    二氧化碳与石灰水反应出现白色沉淀,反应的方程式为:CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O。
    该反应及现象有以下儿方面的应用:
    (1)检验二氧化碳气体;
    (2)鉴别NaOH溶液和澄清石灰水:将CO2气体通入待测溶液中,生成白色沉淀的溶液为澄清石灰水,无明显现象的为NaOH溶液;
    (3)除去某些气体中的杂质:如除去CO中的CO2 气体,可将混合气体通过澄清石灰水;
    (4)解释澄清石灰水为什么要密封保存:敞口放置的澄清石灰水会吸收空气中的CO2而使澄清石灰水表面生成一层白膜或变浑浊,其成分是CaCO3;
    (5)用石灰砂浆砌砖抹墙不久后变白变硬:石灰砂浆的主要成分是Ca(OH)2,吸收空气中的CO2发生反应Ca(OH)2声称白色固体CaCO3固体。
    (6)保存鸡蛋:将鸡蛋浸泡在澄清石灰水中,取出来后CO2与石灰水反应封闭鸡蛋壳上的小孔,可以延长鸡蛋的保存时间。

    二氧化碳肥料:
    二氧化碳是光合作用的原料之一,因而现在在温室大棚内种植蔬菜水果时,经常人为提高温室内CO2 浓度,以增加农作物产员,增大CO2浓度的方法通常有以下几种:
    (1)在温室内放置干冰,干冰升华增大CO2浓度。
    (2)在温室内放置通过化学反应产生CO2气体的物质,如在塑料大棚顶部的容器内放置石灰石和稀盐酸。

    灯火实验:
    (1)二氧化碳本身无毒,但它不供给呼吸,当空气中二氧化碳含量超过常量时,也会对人体健康产生不良影响。

    空气中二氧化碳的体积分数/%对人体健康的影响
    1感到气闷,头昏,心悸
    4—5气喘,头痛,眩晕
    10神志不清,呼吸停止,死亡
     由于二氧化碳的密度大于空气,因而在低洼的地方浓度会增大。在进人久未开启的菜窖或干涸的深井前,应先点燃一支蜡烛用绳放到下面,观察蜡烛能否正常燃烧,若不能正常燃烧,应开启菜窖或深井一段时间后再检验,直到蜡烛能正常燃烧时,才能下去。

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