資源簡介

第四單元 燃料及其燃燒
第一節 燃燒與滅火
1、燃燒的條件：（缺一不可）
（1）可燃物 （2）氧氣（或空氣） （3）溫度達到可燃物的著火點
燃燒：可燃物和空氣中的氧氣發生的反應，是一種發光發熱的劇烈氧化。
實驗
化學方程式
實驗現象
結論
白磷燃燒
放熱、白光、白煙
證實燃燒的條件缺一不可（如上）
鎂和CO2反應
放熱、耀眼白光，黑色斑點，白煙
可燃物在特殊情況下，即使沒有氧氣參與，也可以發生燃燒
金屬鈉和氯氣反應
放熱、冒火星，大量白煙
注：※①金屬鈉和氯氣反應應在通風櫥中進行；反應停止后，用乙醇洗滌殘渣，以除去未反應的鈉，氯化鈉晶體留在試管中。
※②爆炸：可燃物在有限的空間內急速燃燒，氣體體積迅速膨脹而引起爆炸。
③一切可燃性氣體、可燃性液體的蒸汽、可燃性粉塵在空氣（或氧氣）中的濃度達到一定的范圍（爆炸極限），點火或者遇火星均有可能發生爆炸。
2、滅火的原理：（只要消除燃燒條件的任意一個即可）
（1）消除可燃物 （2）隔絕氧氣（或空氣） （3）降溫到著火點以下
自燃：沒有點燃的條件下，與空氣中的氧氣發生氧化反應，但反應進行比較緩慢，一般沒有明顯現象，這種氧化反應叫緩慢氧化。
※遇到火險怎么辦？冷靜的同時請撥119，報警時要講清詳細地址、起火部位、著火物質、火勢大小、報警人姓名及電話號碼，并派人到路口迎候消防車。
實驗
化學方程式
實驗現象
滅火器
滅火
氣泡
※干粉滅火器
無
3、燃料的充分燃燒 影響燃燒的因素：可燃物的性質、氧氣的濃度、與氧氣的接觸面積
使燃料充分燃燒的兩個條件：（1）要有足夠多的空氣（2）燃料與空氣有足夠大的接觸面積。
使用打火機或者其它氣體燃燒器“先點火后放氣”的原因：如果先開氣后點火，先噴出的大量可燃氣體，就有可能與空氣形成爆炸氣體，這時遇到明火就有發生爆炸危險，因此必須“先點火后放氣”。
第二節 碳
4、同素異形體：由同種元素組成的不同單質
常見的同素異形體： 氧氣O2、臭氧O3
石墨C、金剛石C、福勒烯（足球烯、碳納米管、巴基管）C60
紅磷P7、白磷P4
碳的幾種單質
金剛石（C）
是自然界中最硬的物質，無色，呈八面體，不導電
用于制鉆石、刻劃玻璃、鉆探機的鉆頭等
物理性質有很大差異的原因是：碳原子的排列不同
石墨（C）
黑色有金屬光澤，是最軟的礦物之一，有優良的導電性導熱性，潤滑性。
用于制鉛筆芯、干電池的電極、電車的滑塊等
福勒烯（C60）
金屬光澤、超導、強磁性、能抗輻射、耐高壓、抗化學腐蝕
燃料電池的儲氣裝置；光、電、磁等領域有潛在的應用前景。
CO和CO2的化學性質有很大差異的原因是：分子的構成不同。CO和CO2不互為同素異形體。
5、無定形碳：
由石墨的微小晶體和少量雜質構成.主要有:焦炭,木炭,活性炭,炭黑等。不屬于碳的同素異形體。
活性炭具有強烈的吸附性（物理性質），焦炭用于冶鐵，炭黑加到橡膠里能夠增加輪胎的耐磨性。
吸附的原理：經過活化處理，使其產生大大小小的孔隙，有兩個目的：一為增加炭的總表面積；另一目的則為使其產生散布均勻的大大小小孔隙，以增加活性碳吸附、去除污染物的種類及能力。利用污染物質吸附在炭體表面以去除污染物。
舉例：凈水器、利用活性炭吸附冰箱中的異味、利用活性炭吸附甲醛等有害氣體、利用活性炭吸附鞋子中的異味等。
6、單質碳的化學性質：單質碳的物理性質各異,而各種單質碳的化學性質卻完全相同
性質
化學方程式
實驗現象
用途
穩定性
――
――
用碳素墨水書寫正規檔案
還原性
黑色變紅色，生成的氣體使石灰水變渾
冶煉金屬
可燃性
完全燃燒(氧氣充足),生成CO2 :
不完全燃燒(氧氣不充足),生成CO：
燃燒得很旺
（實驗難做）
生成的氣體有毒
燃料
7、氧化還原反應
氧化反應：物質得到氧的反應
還原反應：物質失去氧的反應
氧化劑（※化合價降低）：提供氧的物質，具有氧化性，被還原
還原劑（※化合價升高）：奪取氧的物質（常見還原劑：金屬單質、H2、C、CO），具有還原性，被氧化
8、二氧化碳和一氧化碳
性質 物質
一氧化碳
二氧化碳
物理性質
顏色
無色
無色
味道
無味
無味
狀態
氣體
氣體
密度
比空氣略小
是空氣的1.5倍
溶解性
難溶解于水
可溶解于水
其它
――――
高壓低溫下可得固體――干冰
化學性質
和水反應
不能反應
H2CO3 → H2O+ CO2↑
和堿溶液反應
不能反應
可燃性
藍色火焰，可燃性使用前驗純
（可燃性氣體點燃前一定要檢驗純度）
可以滅火
還原性
實驗現象：黑色變紅色，生成氣體使石灰水變渾
Fe2O3+3CO高溫2Fe+3CO2
氧化性：
（吸熱反應）
實驗現象：黑色粉末不斷減少，生成有毒氣體
毒性
和血液里的血紅蛋白迅速結合
無
其它
潛水艇制氧：
2Na2O2＋2CO2→2Na2 CO3＋O2
環保
有毒氣體，會污染大氣；所以尾氣必須處理（燃燒或者收集）
溫室效應
▲除雜：CO[CO2] 通入氫氧化鈉溶液：
CO2[CO] 通過灼熱的氧化銅 ：
CaO[CaCO3]只能煅燒（不可加鹽酸） ：
注意：檢驗CaO是否含CaCO3加鹽酸 ：
（CO32-的檢驗：先加鹽酸，然后將產生的氣體通入澄清石灰水。）
9、石灰石、鐘乳石、大理石、白堊――主要成分是CaCO3，冰洲石是自然界中最純凈的碳酸鈣晶體。
物理性質
白色、無味、固體、難溶解于水
化學性質
工業制生石灰、二氧化碳
大理石表面變白，疏松
工業制造粘合材料
生成物使酚酞試液變紅
溶洞的形成
《石灰吟》（于謙）
千錘萬鑿出深山，
物理變化
烈火焚燒若等閑。
粉身碎骨渾不怕，
要留清白在人間。
※明朝大臣于謙(1398-1457)，明錢塘(今浙江杭州)人，字廷益，號節庵，性固剛直，頗遭眾忌。詩人托物言志，通過贊美石灰，表達了自己以天下為己任，為了社稷蒼生不惜“粉身碎骨”的堅強意志和決心。 石灰（碳酸鈣）看似尋常，卻蘊藏著高尚的品格。它要經過“千錘萬擊”才能自深山采出，經過“烈火焚燒”變成石灰后，雖已“粉身碎骨”，卻欣然以自己的清白，來服務于人們的生活。
第三節 二氧化碳的實驗室制法
10、啟普發生器的構造和原理：是實驗室常用的一種制備氣體的裝置，以荷蘭人P.J.啟普的姓命名。啟普發生器由葫蘆狀球形容器、球形漏斗和導氣管三部分組成（見圖）。它可以使反應隨時發生和停止，可以控制氣流速度，使用方便。它是常溫下利用塊狀固體跟液體起反應制取氣體的典型裝置。如制備氫氣、二氧化碳等氣體都可使用啟普發生器。但固體成粉末狀、固體與液體相遇而溶解、或能產生高溫的反應均不能用此裝置。啟普發生器是利用容器內氣體壓力的變化進行工作的。使用時，打開活塞，容器內壓強降低，酸液從球形漏斗流下，液體與固體接觸，發生反應，產生的氣體從導管排出。關閉活塞，中止反應，容器內產生的氣體壓力增大，將液體壓回球形漏斗，使液體與固體脫離接觸，反應即自行停止。
幾種常見的簡易啟普發生器：
11、二氧化碳的制法
1）實驗室制取氣體的思路：（原理、裝置、檢驗）
①發生裝置：由反應物狀態及反應條件決定：
反應物是固體，需加熱，制氣體時則用氯酸鉀制O2的發生裝置。
反應物是固體與液體，不需要加熱，制氣體時則用制H2的發生裝置。
（2）收集方法：氣體的密度及溶解性決定：
難溶于水用排水法收集 CO只能用排水法
密度比空氣大用向上排空氣法 CO2只能用向上排空氣法
密度比空氣小用向下排空氣法 H2可以用向下排空氣法
2）二氧化碳的實驗室制法
①原理：用石灰石和稀鹽酸反應： CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2↑
（反應物的顆粒越小，則反應接觸的表面積越大，反應速率越快）
②選用和制氫氣相同的發生裝置
③氣體收集方法：向上排空氣法
④驗證方法：將制得的氣體通入澄清的石灰水，如能渾濁，則是二氧化碳。
驗滿方法：用點燃的木條，放在集氣瓶口，木條熄滅。證明已集滿二氧化碳氣體。
3）氣密性檢查的方法：
①手熱法：如圖（a）（b），把導管一端浸入水中，用雙手捂住燒瓶或試管，使容器內的空氣膨脹，容器內的空氣則從導管口冒出，把手拿開，過一會兒，水沿導管上升，形成一段水柱，說明裝置不漏氣。
②直接加熱法：當裝置構成的密封體系較大時，用手捂或熱毛巾不易引起空氣發生體積變化時，采用酒精燈直接對裝置加熱。
③啟普發生器： 往體系中加水（液體） ----觀察是否形成穩定的液差， 如圖（c）裝置的氣密性檢查。
第四節 化學燃料 CHEMICAL FUEL
12、三大化石燃料: 煤、石油、天然氣（混合物、均為不可再生能源）
（1）煤：“工業的糧食”（主要含碳元素）；我國是最早發現并使用煤的國家
煤燃燒排放的污染物：SO2、NO2（引起酸雨）、CO、煙塵等
（2）石油（原油）：“工業的血液”（主要含碳、氫元素）；
汽車尾氣中污染物：CO、未燃燒的碳氫化合物、氮的氧化物、含鉛化合物和煙塵
※汽油的標號：正庚烷和異辛烷的混合物中，異辛烷的質量分數叫做這種混合物的辛烷值，即通常說的多少號汽油。
（3）天然氣是氣體礦物燃料（主要成分：甲烷），是較清潔的能源。
甲烷的化學式: CH4 （最簡單的有機物，相對分子質量最小的有機物）
物理性質:無色,無味的氣體,密度比空氣小,極難溶于水。
可燃性 （發出藍色火焰）
13、綠色能源有兩層含義：一是利用現代技術開發干凈、無污染新能源，如氫能源、太陽能、風能、地熱能、潮汐能等；二是化害為利，同改善環境相結合，充分利用城市垃圾淤泥等廢物中所蘊藏的能源。
▲氫氣是最理想的燃料：（有關氫氣的化學性質見《第二單元》）
1)優點：資源豐富，放熱量多，無污染。
2）需解決問題：①如何大量廉價的制取氫氣？ ② 如何安全地運輸、貯存氫氣？
※解決能源緊缺問題的根本出路在于利用核能，而采用有效的節能措施和大力開發利用水能、太陽能、風能、潮汐能、生物能等可以緩解能源緊張問題。核能源已日益成為當今世界的主要能源，在所有能源中所占的比例也越來越大，核能是一種安全的能源。
※能源可劃分為一級能源和二級能源：自然界直接提供的能源為一級能源，需要消耗其它能源的能量間接獲取的能源稱為二級能源。

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