燃料、热量与环保的优化方案

石蜡制成的蜡烛燃烧产生的烟雾中含有有毒成分——甲苯和苯．甲苯会导致头晕,苯则是众所周知的致癌物质,所以尽管摇曳的烛光可以为晚餐营造出浪漫气氛,但科学家们还是建议人们提高警惕,适量使用蜡烛．

知能概述

煤、石油、天然气是重要的三大化石燃料,是复杂的混合物,煤主要含有碳元素,还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质,因此煤在燃烧时会产生SO2等有害气体并能形成酸雨,对环境造成污染;石油主要含有碳、氢两种元素,同时含有少量的硫、氧、氮等元素;天然气的主要成分是甲烷．

能源是人类不可缺少的资源,化石燃料是人类生产、生活的主要能源,但化石燃料不可再生,且煤和石油等化石燃料燃烧会产生SO2,CO及炭粒、尘粒等,造成对空气的污染,形成雾霾．所以要积极开发新能源．

问题解决

例1　为解决日益加剧的温室效应问题,科学家正在研究建立如下图所示的CO2新循环体系:

例1图

上述关系图能反映的化学观点或化学思想有(　)．

①化学变化中元素种类是守恒的

②燃烧时化学能可以转化为热能和光能

③化学能可以转化为机械能

④光能或电能可以转化为化学能

⑤无机物和有机物可以相互转化

⑥二氧化碳也是一种重要的资源

A．①②③　B．①②③④⑤

C．①④⑤⑥　D．①②③④⑤⑥

(湖南省竞赛题)

解题思路　化石燃料的燃烧会向大气中排放大量CO2气体和炭粒,CO2过多排放会引起“温室效应”．在我国,燃料主要还是煤、石油、天然气,三大化石燃料的燃烧排放的CO2是引起温室效应的主要原因;其次,CH4也会引起严重的温室效应．

例2　阅读短文,回答下列问题．

我们目前使用得最多的燃料是煤、石油、天然气等,它们都是由古代动植物遗体埋在地层下,并在地壳中经过一系列非常复杂的变化而逐渐形成的．因此,它们被称为化石燃料．这些燃料在地球上的蕴藏量是有限的,而且又都是经过亿万年才能形成的不可再生能源．

煤炭直接燃烧不仅产生大量烟尘,而且煤中所含的硫在燃烧时会生成SO2,这是导致酸雨形成的主要原因之一．因此,发展洁净煤技术,减少污染物的排放,提高煤炭利用率,正成为我国乃至国际上的又一项重要研究课题．

(1)使煤得到充分燃烧,提高煤的燃烧效率,应采取的措施是:_____________________________________________________________________________．

(2)煤燃烧产生的主要污染源是_________,它形成的危害主要表现在_______________________________________________________________________．

(3)高效、清洁地利用煤炭的主要途径有___________________________．

解题思路　本题主要解答煤的充分燃烧和消除其污染等问题．煤的充分燃烧可由燃烧的条件和燃烧的现象等有关知识解释:一是燃烧时要有足够多的空气;二是燃料与空气要有足够大的接触面积．煤的燃烧产物中烟尘和二氧化硫是主要的污染源,其中SO2导致酸雨的产生．

例3　液化石油气的成分中含有丙烯(C3H6)和丁烯(C4H8),将二者的混合气体14g在足量氧气中充分燃烧,产生二氧化碳44g,下列判断中不正确的是(　)．

A．混合气体中碳与氢的质量之比一定是6∶1

B．消耗O2的质量一定为48g

C．混合气体中丙烯(C3H6)的质量分数一定为50%

D．混合气体燃烧生成H2O的质量一定为18g

(四川省绵阳市中考题)

解题思路　依据质量守恒定律和化学式中元素的含量进行计算,生成的44gCO2中碳元素的质量为12g,混合气体中只含碳、氢元素,故氢元素质量为14g－12g＝2g,2g氢元素可组成18g水,或根据水中氢、氧元素质量比为1∶8,算出水中氧元素的质量,加上CO2中氧元素质量,两者之和即为消耗的氧元素的质量．

1．如图是一幅贴在汽车加油站上的宣传广告．围绕这幅广告画以下叙述错误的是(　)．

A．玉米汁可用作汽车燃料

B．由玉米生产的酒精汽油可作汽车燃料

C．推广玉米生产的燃料可在一定程度上缓解当前的能源危机

D．以农作物为原料来生产化学品是可行的

第1题图

(上海市竞赛题)

2．下列有关化学反应与能量的说法,正确的是(　)．

A．化学反应伴随着能量变化

B．化学反应过程中都会发生吸热现象

C．在化学反应中只有燃烧反应才能放出热量

D．人类利用的能量都是通过化学反应获得的

(广西壮族自治区南宁市中考题)

3．燃料和能源与生活息息相关,下列说法正确的是(　)．

A．石油是一种清洁能源,也是一种可再生能源

B．炒菜时油锅着火,应立即用水浇灭

C．“钻木取火”的原理是通过摩擦生热提高木材的着火点

D．燃气灶火焰出现黄色,锅底出现黑色时,可增大灶具进风口

(2019年广东省广州市中考题)

4．如图所示,化石燃料在燃烧过程中会产生各种废气,其中形成酸雨的主要气体是(　)．

第4题图

A．SO2,NO2　B．CO2,CO　C．SO2,CO2　D．NO2,CO

5．下列说法不正确的是(　)．

A．将装有某气体的试管管口靠近酒精灯火焰产生爆鸣声,说明该气体是氢气和氧气的混合气

B．向等量的硬水和软水中分别加入等量的肥皂水,产生的泡沫不一样多

C．燃着的木条分别在空气样品和人体呼出气体样品中燃烧的现象不同,说明两种样品中氧气含量不同

D．向盛有粉尘的金属罐中快速鼓入空气,点火发生爆炸,该粉尘可能是面粉

(2019年天津市中考题)

6．2019年5月23日,《××日报》刊发新闻:“水氢发动机下线,车辆只需加水即可行驶”,引发公众广泛质疑．该技术实质是:水和铝反应制取氢气,组成燃料电池,驱动汽车行驶,但其使用成本是燃油的30～40倍．下列有关说法不正确的是(　)．

A．氢气是一种理想的、清洁的、高能燃料

B．该技术制取氢气成本低廉、节能环保、无副产品

C．燃油汽车使用的汽油、柴油、润滑油等都是石油炼制产品

D．该事件中“车辆只需加水即可行驶”的宣传是违反能量守恒定律的伪科学

(2019年湖南省常德市中考题)

7．今年世界环境日中国的主题是:“改善环境质量,推动绿色发展”．

①我们需要清新的空气．口罩中填充活性炭是利用其______性,以减少污染物的吸入．空气的组成(按体积分数)见右图,甲气体的名称是______;乙中含多种气体,其中可用于填充飞艇且性质稳定的气体名称是______．

②我们需要洁净的水源,含有杂质的天然水通过蒸发、沙滤、氧化等得到净化,其中氧化属于___________变化(选填“物理”或“化学”),自来水生产通入氯气的作用是__________．

③我们需要清洁、高效的能源,一氧化碳、氢气、甲烷中,最清洁的燃料是___________,1mol燃料完全燃烧放出的热量见表．

第7题图

解题资源:

1mol物质的质量在数值上等于物质的相对分子质量,单位为克．

等物质的量可看作气体均为1mol,1molCO28g,1mol H22g,1molCH416g．

等物质的量的上述物质完全燃烧,放出热量最多的是___________．甲烷(CH4)是___________的主要成分．

(上海市中考题)

8．能源、环境与人们的生活和社会发展密切相关．

(1)汽车已成为人们出行必备的交通工具,多数汽车使用的燃料是汽油或柴油．汽油或柴油是由_________炼制而成的．

(2)2019年抚顺市引进了以天然气为燃料的公交车．天然气的主要成分是甲烷,请写出甲烷充分燃烧的化学方程式:_____________________．

(3)煤燃烧排放出的SO2气体溶于雨水会形成的环境问题是_____________,为缓解这一问题,你的建议是____________(写一条)．

(2019年辽宁省抚顺市中考题)

9．治理污染、保护环境,事关人民群众的身体健康和社会的可持续发展．

(1)下列环境问题与燃煤有直接关系的是__________(填序号)．

a．酸雨　b．温室效应　c．可吸入颗粒物增加

(2)烟气脱硫是目前控制燃煤污染的重要途径．如钠碱循环法是利用亚硫酸钠(Na2SO3)溶液脱除烟气中的SO2,生成亚硫酸氢钠(NaHSO3),反应的化学方程式为____________________．Na2SO3可由NaOH溶液吸收SO2制得,反应的化学方程式为______________________________．

(3)大气中CO2含量不断升高,使全球气候问题日趋严重．科学家们正在努力尝试通过多种途径减少CO2的排放或将CO2转化为有用物质．

①途径一:利用NaOH溶液来“捕捉”CO2,并将CO2储存或利用,流程如下:(www.xing528.com)

下列有关该过程的叙述正确的是________(填序号)．

a．该过程可实现CO2零排放

b．该过程中至少有2种物质可以循环利用

c．反应分离室中分离物质的操作是蒸发、结晶

d．该过程中至少发生了4个化学反应

②途径二:将二氧化碳转化为甲醇(CH3OH),其反应的微观过程如图所示:

第9题图

上述反应的化学方程式为__________________________．

(山东省潍坊市中考题)

10．国家“西气东输”工程使得东部沿海地区广大居民用上天然气(主要成分甲烷)作燃料．

已知1kg甲烷燃烧生成液态水和二氧化碳,放出的热量约为5．57×107J．试填空．

(1)参加上述反应的氧气和生成的二氧化碳的化学计量数之比v(O2)∶v(CO2)＝_________;

(2)若1kg甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳放出的热量_________5．57×107J(选填“＞”“＜”或“＝”);

(3)16kg甲烷燃烧生成水和二氧化碳,至少消耗氧气的质量为_____kg．

(江苏省竞赛题)

11．合理利用能源和保护环境是我们关注的问题,请回答:

(1)化石燃料是一类重要能源,它包括煤、__________和天然气．

(2)煤作为燃料给我们带来了益处,但对环境也造成了不良影响．

①使燃料充分燃烧,通常除了考虑燃烧时要有足够的空气,还要考虑___________________;

②下列关于酸雨的叙述正确的是___________(填序号):

A．腐蚀大理石

B．是由二氧化碳引起的

C．酸化土地

③为减少污染、治理“雾霾”,提高煤的利用率,可将其转化为可燃性气体,相关反应的微观示意图如图所示,该反应生成物的化学计量数之比是___________．

第11题图

④为减少温室气体的排放,人们积极寻找不含碳元素的燃料,研究发现,NH3燃烧释放大量的能量,且产物没有污染,有一定的应用前景．

请将NH3在氧气中燃烧的化学方程式补充完整:4NH3＋3O26H2O＋__________．

(甘肃省兰州市中考题)

12．PM2．5是指大气中直径小于或等于2．5微米的颗粒物,也叫可入肺颗粒物,与肺癌、哮喘等疾病的发生密切相关,是导致灰霾天气的主要原因,它主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤)等．2012年2月,国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》,增加了PM2．5监测指标．下列与PM2．5相关的说法不正确的是(　)．

A．大力发展电动车,减少燃油汽车的尾气排放量

B．开发利用各种新能源,减少对化石燃料的依赖

C．其颗粒小,在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康影响更大

D．是形成沙尘暴天气的主要原因

(广东省竞赛题)

13．2016年5月30日,全国科技创新大会隆重召开,随着科技强国战略的实施．我国航天事业蓬勃发展．我国新型的“长征七号”运载火箭的首次飞行已于6月下旬在海南文昌航天发射场实施,该火箭由液氮和煤基航天煤油发动机作为动力源,技术性能达到国际先进水平．

(1)液氧在一定条件下变成氧气,下列有关该变化的说法中,不正确的是______(填写选项A,B,C,D之一)．

①物质的化学性质保持不变　②变化过程中物质吸收能量

③分子间的距离增大　④由单个原子变成了分子

⑤发生了化学变化

A．只有①②　B．只有④

C．只有②③　D．只有④⑤

(2)“长征七号”运载火箭所用燃料是以煤炭为原料制得的煤基航天煤油,其分子式可用CH3(CH2)nCH3来表示(式中n＝8～16),下列有关叙述中,正确的是_______(填写选项A,B,C,D之一)．

①航天煤油属于无机物　②由煤炭制取航天煤油属于化学变化　③航天煤油中含多种分子　④CH3(CH2)8和CH3CH3(CH2)16CH3的性质有差异

A．只有①②　B．只有①②④

C．只有②③④　D．只有③④

第13题图

(3)该发动机工作时发生的反应为:(n＋2)CO2＋(n＋3)H2O,则该反应属于_______反应(填写“化合”“分解”“复分解”“氧化”“置换”之一)．

(4)煤基航天煤油被称为无毒清洁燃料,理由是______________________．

(山东省济南市中考题)

14．随着人类对能源的需求量日益增长,可燃冰的开采、氢气的开发和利用都越来越受到人们的关注．我国在可燃冰的试开采方面已取得重大突破,形成了国际领先的新型试采工艺．

(1)可燃冰主要含甲烷水合物,甲烷(CH4)完全燃烧的化学方程式为________________________________．

(2)氢气不便于贮存,可将其转化为固态氢化物(如氢化钠等)．氢化钠(NaH)与水反应生成氢氧化钠和氢气,该反应的化学方程式为_____________________________．

(2019年湖南省长沙市中考题)

15．(1)氢燃料电池是当前为保护环境各国积极发展的一种新型的能源装置,它的基本原理是:以氢气和氧气为原料,通过电化学反应直接产生电能,运行时产生的温度一般不超过80℃,反应后的产物只有水．

以下对氢燃料电池的叙述,符合事实的是(　)．

A．其能量转换过程是:化学能→热能→电能

B．氢气和氧气的化学能全部转化为电能

C．氢气在能量转换过程中被还原

D．氢燃料电池使用的能源是可再生能源

(2)美国东部时间2001年9月11日,纽约世界贸易中心两座摩天大厦在被恐怖分子劫持的两架大型民航客机撞击后起火,并相继坍塌,举世震惊．有关专家分析,飞机上的航空燃油燃烧,使钢材在高温下变软,强度迅速降低,这是大厦坍塌的主要原因．飞机爆炸后航空燃油燃烧时能源的转化为(　)．

A．化学能转变为热能　B．热能转变为化学能

C．机械能转变为热能　D．动能转变为热能

(山西省竞赛题)

16．某小区的居民家庭中有些使用电、煤和管道煤气,其中管道煤气的主要成分是丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)和空气(丙烷、丁烷在空气中燃烧的产物是CO2和H2O)．煤的主要元素成分是碳,有关电、管道煤气、煤的热值和价格如下表所示:

(1)请写出丙烷、丁烷在空气中燃烧时的化学方程式_________________;

(2)根据调查统计电器设备把电能转化为热能的利用率约为70%,煤炉的热能利用率约20%,管道煤气的热能利用率为40%．仅从取热考虑,请通过计算说明,选用哪一种能源(燃料)最经济?

(3)从经济和环境保护等方面分析比较各种能源的优点和缺点,填入下表中:

(浙江省竞赛题)

17．A是由植物发酵得到的一种有机燃料,请根据下列转化关系回答:

(1)若该有机燃料的化学式为CH3OH或C2H5OH．为了确定该有机物的成分,取一定量该无色液体A在空气中完全燃烧,生成8．8g二氧化碳和7．2g水．请判断该有机物应该是哪种物质?并简要说明判断理由．

(2)请按下列要求,写出上述关系图中有关反应的化学方程式．

①有气体生成的分解反应:____________________________________．

②有液体生成的置换反应:___________________________________．

③有两种氧化物生成的氧化反应:_______________________________．

(河南省竞赛题)

例1　D

例2　(1)燃烧时要有足够的空气,将煤粉碎以增大与空气的接触面积　(2)SO2　形成酸雨腐蚀金属与建筑物,损害农作物,污染江河湖泊,损害水中动植物　(3)将煤气化,如制成水煤气或蒸馏煤气、煤脱硫、固硫等

例3　C

1．A　2．A　3．D　4．A　5．A　6．B

7．①吸附　氮气　氦气　②化学　杀菌消毒　③氢气　甲烷　天然气

10．(1)2∶1　(2)＜　(3)64

11．(1)石油　(2)①燃料与空气要有足够大的接触面积　②AC　③1∶1　④2N2

12．D

13．(1)D　(2)C　(3)氧化　(4)生成物只有水和二氧化碳

(3)

17．(1)CH3OH　生成8．8g二氧化碳和7．2g水,经计算可知,该有机燃料中碳元素和氢元素的质量比为3∶1,进而可推出每个分子中碳原子和氢原子的个数比为1∶4,而CH3OH和C2H5OH分子中碳原子和氢原子的个数比分别为1∶4,1∶3．　(2)