课题7.3 使用燃料对环境的影响
知识点：
1．了解化石燃料的燃烧对环境的不良影响；
2．了解几种常见的清洁燃料及其清洁的原因；
3．增强使用清洁燃料的意识，了解新能源的开发和利用；
4．了解酸雨、温室效应的危害。
课文详解：
一、燃料燃烧对空气的影响
1．煤的燃烧
由于煤中含有较高的硫元素和氮元素，燃烧时会排放出二氧化硫（SO2）和二氧化氮（NO2）等污染物，如果发生不完全燃烧，还会生成一氧化碳（CO）气体和大量烟尘，同时产生大量的二氧化碳。
二氧化硫和二氧化氮溶于水后，使雨水的酸性增强，形成酸雨。
［实验］向一个空集气瓶和一个充满SO2的集气瓶中各加入少量水。分别将表中所列物质放入上述两种液体中，观察现象。
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加入的物质 |
现象 | |
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水 |
SO2加水 | |
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植物叶子或果皮 |
无明显变化 |
植物叶子或果皮变蔫 |
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镁条或锌粒 |
无明显变化 |
镁条或锌粒上有气泡产生 |
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大理石或石灰石 |
无明显变化 |
大理石和石灰石上有气泡产生 |
从上述实验可以看出，酸雨对植物、金属、建筑物有很强的破坏作用。
资料：1．酸雨及其危害
目前，一般把pH小于5.6的雨水称为酸雨，它包括雨、雪、雾、雹等降水过程。
一般地说，天然降水都偏酸性，pH约在6左右。这是由于大气中的CO2溶解在洁净的雨水里形成碳酸的缘故，降水的微弱酸性可以促进土壤里养分的溶解，便于植物吸收，因此是有益的。但是，当降水的酸度增大，pH小于5.6时，对生态就会产生不良影响。
酸雨的危害大致有以下几个方面：
⑴ 对人体健康的直接危害，硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部组织，引起肺水肿等疾病而使人致死。
⑵ 引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动植物的生长。
⑶ 破坏土壤、植被、森林。
⑷ 腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等。
⑸ 渗入地下，可能引起地下水酸化，酸化的水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。
酸雨是怎样形成的呢?
分析表明，酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的，它们占总酸度的90%以上，其余为一些弱酸。从我国的情况来看，酸雨中含硫酸一般比硝酸多，主要是硫酸型酸雨。酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理过程，目前世界各国对酸雨的形成机理还不很清楚。一般认为，酸雨是由于人为排放的二氧化硫等酸性气体进入大气后，造成局部地区大气中的二氧化硫富集，在水凝结过程中溶解于水形成亚硫酸，然后经某些污染物的催化作用及氧化剂的氧化作用生成硫酸，随雨水降下形成酸雨。形成酸雨还要有一定的环境气候条件，如湿度高、雨量大、无风，以及一定的地理因素等。
煤和石油中往往含有硫，在燃烧时，绝大部分硫转变成二氧化硫随烟气排到空中，在一定条件下形成酸雨。
我国的酸雨问题有以下特点：
⑴ 酸雨分布面广，据23个省、市、自治区调查情况表明，有20个出现酸雨。
⑵ 酸雨分布存在着明显的区域性，主要集中在西南、中南和华东地区，并且有从北到南逐渐加重的趋势。
⑶ 不少地区的酸雨已相当严重，而且逐年加重。
⑷ 酸雨的发展速度很快。
⑸ 酸雨主要是由硫酸及硫酸盐引起的。
如何防治酸雨呢?
要防治酸雨的污染，最根本的途径是减少人为排放的污染物。人为排放的二氧化硫主要是由于燃烧高硫煤(煤中一般含硫的质量分数为0.3%～5%)造成的，因此，研究煤炭中硫资源的综合开发与利用，是防治酸雨的有效途径。具体做法是大力进行煤炭洗选加工，综合开发煤、硫资源；对于高硫煤和低硫煤实行分产分运，合理使用；在煤炭燃烧过程中，采取排烟脱硫技术，回收二氧化硫，生产硫酸；发展脱硫煤、成型煤供民用；有计划地进行城市煤气化等。
2．温室效应的危害
⑴ 地球上的病虫害增加；
⑵ 海平面上升；
⑶ 气候反常，海洋风暴增多；
⑷ 土地干旱，沙漠化面积增大。
科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。
温室效应可使史前致命病毒威胁人类
美国科学家近日发出警告，由于全球气温上升令北极冰层溶化，被冰封十几万年的史前致命病毒可能会重见天日，导致全球陷入疫症恐慌，人类生命受到严重威胁。
纽约锡拉丘兹大学的科学家在最新一期《科学家杂志》中指出，早前他们发现一种植物病毒TOMV，由于该病毒在大气中广泛扩散，推断在北极冰层也有其踪迹。于是研究员从格陵兰抽取 4块年龄由 500至14万年的冰块，结果在冰层中发现TOMV病毒。研究员指该病毒表层被坚固的蛋白质包围，因此可在逆境生存。
这项新发现令研究员相信，一系列的流行性感冒、小儿麻痹症和天花等疫症病毒可能藏在冰块深处，目前人类对这些原始病毒没有抵抗能力，当全球气温上升令冰层溶化时，这些埋藏在冰层千年或更长的病毒便可能会复活，形成疫症。科学家表示，虽然他们不知道这些病毒的生存希望，或者其再次适应地面环境的机会，但肯定不能抹煞病毒卷土重来的可能性。
2．汽车用燃料的燃烧
汽车使用的燃料主要是汽油和柴油。燃烧后产生一些物质随尾气直接排放到空气中，对空气千万污染。尾气中的主要污染物有一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、氮的氧化物、含铅化合物和烟尘等。
汽车产生污染性气体，主要原因有：⑴ 燃料本身的问题：石油中含硫元素和氮元素，燃烧后生成二氧化硫、二氧化氮和含铅的化合物；⑵ 燃烧形式：燃料在气缸里燃烧，很不充分，会产生很多有害物质，如一氧化碳、烟尘和未燃烧的碳氢化合物等。
因此，要减少汽车燃料燃烧的危害，必须从以上两个方面下功夫。⑴ 改进发动机的燃烧方式，使汽油能充分燃烧；⑵ 使用催化剂净化装置，使有害气体转化为无害物质；⑶ 使用无铅汽车汽油，禁止含铅物质排放。⑷ 改变能源结构，开发清洁的新能源。目前，城市的一些汽车已改用压缩天然气（CNG）或液化石油气（LPG）作燃料，以减少对空气的污染。
二、使用和开发新的燃料及能源
1．乙醇
乙醇俗称酒精，化学式为C2H5OH（或C2H6O）。利用高粱、玉米和薯类等淀粉含量较高的植物种子或根茎，经发酵、蒸馏而得，因此，乙醇属于可再生能源。
乙醇可在空气中燃烧：
C2H5OH＋3O2 
2CO2＋3H2O
乙醇燃烧时，只生成二氧化碳和水，对环境的影响很小，乙醇属于一种清洁燃烧。把乙醇加到汽油中制成乙醇汽油，可节省石油资源，减少汽车尾气的污染。
2．氢气
氢气是一种无色、无味的气体，难溶于水，是所有气体中密度最小的气体。能燃烧。
2H2＋O2 2H2O
氢气燃烧只生成水，对环境无任何不良影响，被称之为“零污染”能源；氢气可利用水电解制得，资源广泛，氢气属于可再生资源；氢气的热值高，同质量的氢气产生的热量是汽油的三倍。所以，氢气属于最有发展前途的能源。
但氢能源的广泛使用还存在诸多技术上的问题。
⑴ 目前制取氢气，一般都需要利用现成能源，无论在经济上还是能源层面上，都不划算。科学家最看重的制氢方法是利用太阳能制氢。就是寻找一种高效的催化剂加到水中，再利用太阳能将水分解；贮存氢气方面也还存在一技术问题。正因为如此，氢气作为能源暂时还不能广泛使用。随着科技的发展，氢气终将会成为主要的能源之一。
实验室中常用锌和稀硫酸反应制取氢气。
Zn＋H2SO4 === ZnSO4＋H2↑
由于锌是固体，稀硫酸是液体，反应在常温下进行，故实验室用固液常温型发生装置；由于氢气难溶于水，密度比空气大，故可用排水法和向下排空气法收集。（如下图所示）
3．开发新能源
随着能源危机越来越严重，开发利用新能源越来越引起人们的重视。
目前正在开发和利用的新能源有：太阳能、核能、风能、地热能、潮汐能等。这些新能源没有任何污染性气体的排放，不但可以充分解决化石能源面临耗尽的问题，还可以减少对环境的污染。
三、习题参考答案
1．⑴ A ⑵ A ⑶ D ⑷ C D ⑸ C
2．冬天用煤量增加，二氧化硫的排放量增加。可减少二氧化硫的排放，可采取的措施有：⑴ 改变能源结构，尽量少用煤，大量开发太阳能、风能、地热能等新能源；⑵ 煤炭脱硫，减少二氧化硫的排放。
3．甲烷和乙醇的燃烧产物都是二氧化碳和水，由此可以证明甲烷和乙醇中都含有碳元素和氢元素，但不能证明是否含有氧元素。
4．A瓶气体是一氧化碳，B瓶气体是甲烷，C瓶气体是氢气。
有关化学方程式为：
2CO＋O2 2CO2
CH4＋2O2 CO2＋2H2O
2H2＋O2 2H2O
CO2＋Ca(OH)2 === CaCO3↓＋H2O
5．（略）
6．氢气作为燃料，目前存在的问题是制取和贮存方面还存在很多困难。应开发高效催化剂，利用太阳能制取氢气。
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