化石燃料的利用

化石燃料的利用教學(xué)目的：1、煤、石油、天然氣的形成2、煤、石油、天然氣的組成元素3、煤、石油、天然氣的分布4、煤、石油、天然氣的用途5、煤、石油、天然氣的熱值和燃燒產(chǎn)物6、化石燃料和環(huán)境污染引言：同學(xué)們你們知道嗎？能源有哪些？水能、氫能、風(fēng)能、太陽能、石油、天然氣、煤、地?zé)崮?、核燃料、閃電（電能）一、化石燃料煤石油天然氣是世界上最重要的三種化石燃料。1、它們是怎樣形成的？2、它們是純凈物嗎？3、它們主要含有什么元素？你了解嗎？背景資料煤，人稱“黑色金子”、“工業(yè)的糧食”。它是由古代植物遺體埋在地層下，并在地殼中經(jīng)過一系列復(fù)雜的變化而形成的，是由有機(jī)物和無機(jī)物所組成的復(fù)雜混合物。煤中含有大量的碳，此外，還含有少量的氫、氮、硫、氧等元素以及無機(jī)礦物質(zhì)。形成過程：在沼澤和森林生長的植物死后，就會腐爛，并被泥沙覆蓋起來。經(jīng)過一段時間，新的植物又開始在上面生長。這些植物死后，又被泥沙覆蓋。這樣周而復(fù)始，經(jīng)過數(shù)百年的時間，就形成很多層的腐化植物層和泥沙層。經(jīng)過數(shù)百萬年，這些腐化植物層屢受到地?zé)岷图?xì)菌分化作用，就成為煤層。背景資料石油，“工業(yè)的血液，它是地質(zhì)時期的動植物遺體在地下高溫及微生物作用下，經(jīng)漫長復(fù)雜的化學(xué)變化而形成的一種粘稠的液體。混合物。通常顯黑色或深棕色，有特殊的氣味，沒有固定的熔點和沸點。主要含碳、氫兩種元素。石油石油又稱原油，是一種粘稠的、深褐色液體。地殼上層部分地區(qū)有石油儲存。主要成分是各種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過漫長的演化形成，屬于化石燃料。石油主要被用來作為燃油和汽油，也是許多化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品如溶劑、化肥、殺蟲劑和塑料等的原料。石油特性石油的性質(zhì)因產(chǎn)地而異，密度為0.8-1.0克/厘米，粘度范圍很寬，凝固點差別很大（30-60攝氏度），沸點范圍為常溫到500攝氏度以上，可溶于多種有機(jī)溶劑，不溶于水，但可與水形成乳狀液。不過不同的油田的石油的成分和外貌可以區(qū)分很大。石油主要被用作燃油和汽油，燃料油和汽油組成目前世界上最重要的一次能源之一。主要成分原油的成分主要有：油質(zhì)（這是其主要成分）、膠質(zhì)（一種粘性的半固體物質(zhì)）、瀝青質(zhì)（暗褐色或黑色脆性固體物質(zhì)）、碳質(zhì)（一種非碳?xì)浠衔铮?。石油由碳?xì)浠衔餅橹骰旌隙傻?，具有特殊氣味的、有色的可燃性油質(zhì)液體！原油作為加工的產(chǎn)品，有煤油、苯、汽油、石蠟、瀝青等。嚴(yán)格地說，石油以氫與碳構(gòu)成的烴類為主要成分。分子量最小的4種烴，全都是煤氣。生成原因（1）生物成油理論研究表明，石油的生成至少需要200萬年的時間，在現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的油藏中，時間最老的達(dá)5億年之久。在地球不斷演化的漫長歷史過程中，有一些“特殊”時期，如古生代和中生代，大量的植物和動物死亡后，構(gòu)成其身體的有機(jī)物質(zhì)不斷分解，與泥沙或碳酸質(zhì)沉淀物等物質(zhì)混合組成沉積層。由于沉積物不斷地堆積加厚，導(dǎo)致溫度和壓力上升，隨著這種過程的不斷進(jìn)行，沉積層變?yōu)槌练e巖，進(jìn)而形成沉積盆地，這就為石油的生成提供了基本的地質(zhì)環(huán)境。大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為石油像煤和天然氣一樣，是古代有機(jī)物通過漫長的壓縮和加熱后逐漸形成的。按照這個理論石油是由史前的海洋動物和藻類尸體變化形成的。（陸上的植物則一般形成煤。）經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代這些有機(jī)物與淤泥混合，被埋在厚厚的沉積巖下。在地下的高溫和高壓下它們逐漸轉(zhuǎn)化，首先形成臘狀的油頁巖，后來退化成液態(tài)和氣態(tài)的碳?xì)浠衔?。由于這些碳?xì)浠衔锉雀浇膸r石輕，它們向上滲透到附近的巖層中，直到滲透到上面緊密無法滲透的、本身則多空的巖層中。這樣聚集到一起的石油形成油田。通過鉆井和泵取人們可以從油田中獲得石油。地質(zhì)學(xué)家將石油形成的溫度范圍稱為“油窗”。溫度太低石油無法形成，溫度太高則會形成天然氣。雖然石油形成的深度在世界各地不同，但是“典型”的深度為四至六千米。由于石油形成后還會滲透到其它巖層中去，因此實際的油田可能要淺得多。因此形成油田需要三個條件：豐富的源巖，滲透通道和一個可以聚集石油的巖層構(gòu)造。生成原因（2）非生物成油理論非生物成油的理論天文學(xué)家托馬斯·戈爾德在俄羅斯石油地質(zhì)學(xué)家尼古萊·庫德里亞夫切夫（NikolaiKudryavtsev）的理論基礎(chǔ)上發(fā)展的。這個理論認(rèn)為在地殼內(nèi)已經(jīng)有許多碳，有些這些碳自然地以碳?xì)浠衔锏男问酱嬖?。碳?xì)浠衔锉葞r石空隙中的水輕，因此沿巖石縫隙向上滲透。石油中的生物標(biāo)志物是由居住在巖石中的、喜熱的微生物導(dǎo)致的。與石油本身無關(guān)。在地質(zhì)學(xué)家中這個理論只有少數(shù)人支持。一般它被用來解釋一些油田中無法解釋的石油流入，不過這種現(xiàn)象很少發(fā)生。石油煉制的目的一方面是將石油中的混合物進(jìn)行一定程度的分離使它們物盡其用；另一方面將含碳原子數(shù)較多的烴轉(zhuǎn)變?yōu)楹荚訑?shù)較少的烴作為化工原料，以提高石油的利用價值。分餾法利用分子大小不同，沸點不同的原理，將石油中的碳?xì)浠衔镉枰苑蛛x，再以化學(xué)處理方法提高產(chǎn)品的價值。石油裂化石油通過分餾獲得的汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油的產(chǎn)量比較低，僅占石油總產(chǎn)量的25％左右。但社會需求量大的正是這些輕質(zhì)油，為了提高輕質(zhì)油的產(chǎn)量，特別是提高汽油的產(chǎn)量，還可以采用裂化的方法從重油中獲取輕質(zhì)油。裂化就是在一定的條件下，將相對分子質(zhì)量較大、沸點較高的烴斷裂為相對分子質(zhì)量較小、沸點較低的烴的過程。背景資料天燃?xì)馐钱?dāng)今世界上最重要的氣體礦物燃料。天然氣的形成與石油、煤的形成相似，故常與石油、煤共生。其主要成分為甲烷，是蘊(yùn)藏在地下的一種重要能源。我國是世界上發(fā)現(xiàn)和利用天然氣最早的國家。甲烷在空氣中體積分?jǐn)?shù)為5%-15%范圍內(nèi)，遇到明火就會發(fā)生爆炸。煤礦的礦坑里也常有甲烷逸出。因此，在煤礦的礦井里必須采取通風(fēng)、嚴(yán)禁煙火等安全措施。甲烷的性質(zhì)現(xiàn)象：1、燃燒放熱2、產(chǎn)生藍(lán)色火焰3、燒杯內(nèi)壁有水霧4、有使澄清石灰水變渾濁的氣體生成（點燃前需要檢驗純度）CH4+2O2點燃CO2+2H2O點燃你對煤是“工業(yè)的糧食”，石油是“工業(yè)的血液”是怎樣理解的？１、煤，也叫煤炭，被稱為“工業(yè)的糧食”。主要含有C元素，還有少量S、H、N、O2、石油，被譽(yù)為“工業(yè)的血液”，主要含有C、H元素，還有少量O、N、S3、天然氣：一般是指在地下自然形成的可燃性氣體。主要成分是甲烷（CH4）。我國化石燃料的資源狀況總儲量居世界第三位你了解西氣東輸工程嗎？“西氣東輸”中的“西”起新疆塔里木“氣”指的是天然氣,“東”止于上海西郊“輸”的方式管道這項工程的意義合理使用天然氣二、化石燃料的綜合利用1、煤的綜合利用（1）煤的干餾（化學(xué)變化）煤煤焦炭+煤焦油+焦?fàn)t煤氣加強(qiáng)熱隔絕空氣（2）煤在特殊設(shè)備里，在高溫下能生成煤氣（主要成分：H2、CO）煤氣的優(yōu)點：經(jīng)濟(jì)方便、清潔衛(wèi)生、燃燒效率高石油的分餾（物理變化）從經(jīng)濟(jì)上看，選擇哪種燃料更合算？從經(jīng)濟(jì)上看，選擇哪種燃料更合算？你認(rèn)為除了從經(jīng)濟(jì)上考慮外還應(yīng)該從哪些方面考慮？綜合考慮應(yīng)該優(yōu)先推廣哪種？三、化石燃料燃燒與環(huán)境污染化石燃料在燃燒時產(chǎn)生的各種氣體、固體廢物以及余熱造成了對環(huán)境的污染。1、溫室效應(yīng)——溫室氣體CH4、CO22、大氣污染——SO2、NO2造成酸雨——粉塵污染3、熱污染——使環(huán)境溫度升高儲量有限的化石燃料目前全世界使用的能源有90%取自化石燃料，它們經(jīng)歷了上億年的時間才得以形成，因此不可再生。從已探明的儲量分析，現(xiàn)在地球上的石油、天然氣和煤炭的總儲量分別為：石油1萬億桶；天然氣120萬億立方米；煤炭1萬億噸按照目前全世界對化石燃料的消耗速度計算，這些能源可供人類使用的時間大約還有：石油45-50年；天然氣50-60年；煤炭200-220年1、節(jié)約能源節(jié)約用電；節(jié)約用煤；研制節(jié)能產(chǎn)品，減少能源消耗；2、提高燃料的利用率改進(jìn)燃料燃燒設(shè)備和技術(shù)，使燃料充分燃燒；對燃料進(jìn)行深加工后綜合利用；3、開發(fā)和利用新能源開發(fā)新能源太陽能水太陽能水能風(fēng)能核能地?zé)崮艹毕芸扇急–H4·nH2O）可燃冰的學(xué)名為“天然氣水合物”，是天然氣在0℃和30個大氣壓的作用下結(jié)晶而成的“冰塊”。“冰塊”里甲烷占80%

-99.9%，可直接點燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣，污染比煤、石油、天然氣都要小得多。西方學(xué)者稱其為“21世紀(jì)能源”或“未來能源”。

清華大學(xué)核物理研究中心目前的核能發(fā)電主要是利用熱中子堆，全世界正在運行的400多座核電站的反應(yīng)堆中，絕大多數(shù)都是這種類型。但它只能利用鈾資源的1-2%，所以各國都在積極開發(fā)利用快中子增殖反應(yīng)堆，以便使鈾資源得到充分利用。太陽能電池實質(zhì)上是一種半導(dǎo)體器件，它的典型特征是可以把光能直接轉(zhuǎn)換成電能。其工作原理是，當(dāng)太陽光照射到硅電池板后，產(chǎn)生光生電子--空穴對，在電池內(nèi)建靜電場的作用下，由于電子、空穴分帶不同的電荷而被分離在兩邊形成“光生電壓”，即“光電效應(yīng)”?，F(xiàn)在風(fēng)能已成為一種新能源而被人們廣泛地使用。如右圖的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，可以為人們發(fā)電。煤、石油和天然氣的比較

煤（工業(yè)糧食）石油（工業(yè)血液）天然氣狀態(tài)固體黏稠狀液體氣體組成主要含有C