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本课题主要包括四个核心内容:化学反应中的能量变化、化石燃料的利用、使用燃料对环境的影响、能源的利用和开发。

1.化石燃料燃烧造成空气污染,主要有以下几方面原因:

1)燃料中的一些杂质如硫等燃烧时,产生空气污染物如二氧化硫等。煤燃烧时排放出二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2等污染物。这些气体或气体在空气中发生反应后的生成物溶于雨水,会形成酸雨。

2)燃料燃烧不充分,产生一氧化碳等。

3)未燃烧的碳氢化合物及炭粒、尘粒等排放到空气中形成浮尘。

2.目前解决化石燃料燃烧带来的环境问题的主要措施有:

1)燃煤脱硫后使用,减少二氧化硫、二氧化氮等污染气体的排放;

2)天然气替代煤做能源使用,减少二氧化硫、二氧化氮等污染气体的排放;

3)减少汽车尾气的措施有:①改进发动机的燃烧方式,使汽油能充分燃烧;②使用催化净化装置,使有害气体转化为无害物质;③使用无铅汽油,禁止含铅物质排放;④加大检测尾气力度,禁止未达环保标准的汽车上路。⑤改用压缩天然气(CNG)或液化石油气(LPG)作燃料或车用乙醇汽油作为燃料。

教学中应该注意:这部分内容重点不是知识本身,而是对学生的情感教育。通过这部分内容的教学,帮助学生通过化石燃料燃烧认识其对环境的影响;树立合理利用和开发能源、节约使用化石燃料的重要性,进而树立环境保护的意识。

教学片段 “理想能源”的辩论

环节二、辩论赛:煤、石油、天然气,谁是理想燃料?(2

【师】各组同学都进行了阐述,下面我们进入自由辩论的环节。请各组的同学做好准备,现在开始。

【“煤”组代表】煤是基础能源,资源量比较大,较容易开采,综合经济社会成本低。

【“天然气”组代表】直接燃烧煤所造成的环境危害更是触目惊心。化石燃料在燃烧过程中都要放出二氧化硫、一氧化碳、烟尘、放射性飘尘、氮氧化物、二氧化碳等。这些物质会直接危害人畜,导致机体癌变,使生物受辐射损伤,产生酸雨,形成温室效应。发达国家在工业化初期,由于大量燃烧煤炭而付出了沉痛的代价。酿成灾难的典型例子是:20世纪五六十年代,英国伦敦由于大量燃用煤炭等化石燃料,有雾都之称。在1952年一次烟雾事件中,死亡人数达4000人,1962年一次死亡人数达750人。

【“石油”组代表】但是煤的开采率和利用的效率较低,其对环境的破坏也比较大,比如地表塌陷、温室效益、环境污染等。而石油产品产生的能量多,燃烧值高,燃烧效率也较高,无废渣污染;可以作为化工原料,用途广。

【“天然气”组代表】但是石油贮量少,分范围不大,勘探开采对技术要求高。石油开采造成了大量的地下空穴,对地质条件产生影响,它也是造成中东战争的罪魁祸首。而我们天然气燃烧后无废渣、废水产生,具有使用安全、热值高、洁净等优势,因此我们是最理想的燃料。

【“煤”组代表】煤才是最理想的燃料。煤不仅可以直接燃烧作燃料,它的用途远远不止有这些,这些只是常见的,但是如果仅此而已的话那么煤炭是远不能称作是黑色的金子。煤经过加工,可以制得煤气,减少对环境的污染。

【“石油”组代表】煤气的主要成分是一氧化碳、氢和烷烃、烯烃、芳烃等。煤气有毒是因为其中的一氧化碳、芳烃等能与人体中的血红蛋白结合,造成缺氧,使人昏迷不醒甚至死亡,在低浓度下也能使人头晕、恶心及虚脱。石油产品的用途也很广泛。比如:液化石油(简称“液化气”),是一种重要的家用燃料,它是炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。跟城市煤气比较,液化气热值高,同体积的液化气和煤气完全燃烧时,液化气的热值是煤气热值的20倍。

【“天然气”组代表】天然气才是最理想的燃料。天然气用途广泛,天然气发电,具有缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例、减少环境污染的有效途径,且从经济效益看,天然气发电的单位装机容量所需投资少,建设工期短,上网电价较低,具有较强的竞争力。

【“煤”组代表】煤还可以进行加工再利用。下面介绍一个并不是所有人都听说过的用途。化肥这个东西想必所有人都听说过,但是化肥是怎么制成的呢?其实在化肥的制备过程中煤炭是不可缺少的原材料,在制备时,一般使用块煤,如果块煤不充足的话,可以先将粉煤成型,一般使用石灰碳化煤球,制备化肥反应时采用煤炭作为还原剂与水反应,这样可以产生氢气,然后使用氢气与氮气反应便可以制出生产化肥所必需的氨。因此煤才是最理想的能源。

【“天然气”组代表】天然气化工工业,天然气是制造氮肥的最佳原料,具有投资少、成本低、污染少等特点。城市燃气事业,特别是居民生活用燃料。随着人民生活水平的提高及环保意识的增强,大部分城市对天然气的需求明显增加。天然气作为民用燃料的经济效益也大于工业燃料。压缩天然气汽车,以天然气代替汽车用油,具有价格低、污染少、安全等优点。

【“石油”组代表】与煤、天然气相比,无论是从石油分馏加工过程得到的石脑油,还是作为副产的渣油和干气,都富含烯烃、芳烃等重要的化工原料,而且其加工利用与煤炭、天然气作为化工起始原料相比要容易得多。正因为如此,迫使我们必须重视石油资源的利用并且在多种资源综合利用的前提下加以考虑。不要使得本来就可以作为化工原料或清洁燃料资源的烃类被浪费。

【“天然气”组代表】我国天然气储量也相对丰富,根据1993年全国天然气远景资源量的预测,中国天然气总资源量达38万亿立方米,估计可采储量(7-10)万亿立方米。21世纪我国天然气发展将进入黄金期。

【“煤”组代表】虽然我国一直积极利用和开发天然气,但由于起步较晚,所以总体来讲,我国在天然气资源的液化储运技术的研究存在若干问题。一是基础技术研究储备薄弱。目前国内还没有成熟的天然气液化技术出现,有关多元混合物多相流动传热特性的基础研究储备也较薄弱。二是研究工作组织零散。目前国内部分科研机构和高校均为自发组织开展天然气液化技术的研究,力量相对薄弱。三是经费投入有限。在各研究单位自发开展的研究中,经费投入有限,因此研究工作不能深入。四是缺乏一支稳定精干的研究人才队伍。

【“煤”组代表】其实煤炭最大的用户是发电企业,因为在中国来说火电还是最多的,好像有70%,当然,也不清楚这个数据有没有过时,不过就算是过时的话也不会太低。另外,近些年来新兴起了一种煤炭使用方法,就是水煤浆,也就是将很细的煤混合进水里,经过特殊的工艺,制成向右一样可以燃烧的混合物。另外,煤炭还是一种很重要的化工原材料,比如说塑料等,而且,像苯等重要的化工原料,也大多是由煤炭制得。煤炭还可以用来制作碳素材料,这也是目前的高科技领域。

【“石油”组代表】石油的副产品也很众多啊,它可以提供人类各种生活中用品(如各种特征材料)并满足人们的各种物质欲望(如各种材料的衣服)。

【“天然气”组代表】现在,在天然气的利用上,我国采取各种积极有效措施。其中“西气东输”工程就足以说明这一点。“西气东输”工程指从西部四大气田向中、东部地区输送利用天然气,主要干线有4条。第一条是塔里木盆地—上海管线。管道途经十数省,终点至上海,全长4200公里。该段工程已于2004年初完工,并实现了向上海商业供气,预计2010年运输量将达到每年199亿立方米,主要向郑州以东地区供气。第二条是柴达木盆地涩北—西宁—兰州,全长950公里,年输气能力为20亿立方米。第三条是四川忠县—武汉,全长738公里,主供湖北、湖南,年输气能力为30亿立方米。第四条为扩大陕西的供气范围,在已建成的陕京管线上,增建加压站,提高输气能力,将年供气能力由20亿立方米增加到30亿立方米,在保证北京的供气前提下,供应河北、山东两省。此外,中国的天然气运输线还有东北的俄气南下和来自印尼的LNG项目经南中国海传输到东南沿海诸市。

【“煤”组代表】有资料表明:如果把煤燃烧得到的价值看做为1,那么加工成煤焦油能增值10倍,加工成塑料增值90倍,制成医药增值750倍,制成合成纤维增值1500倍。

【“石油”组代表】沙特阿拉伯、俄罗斯等老、新产油国都把石油作为本国经济腾飞的“金钥匙”,纷纷制定了“石油兴国”、“石油强国”的战略;世界各国都对石油运输保障和战略储备予以高度重视,例如中国、俄罗斯、哈萨克斯坦、日本、美国等国都在建设长距离输油管线,马来西亚、新加坡和印度尼西亚联合维护马六甲海峡安全,中国和印度筹建石油战略储备设施,等等。因此,石油才是最理想的能源。

【“天然气”组代表】目前中国有60多家天然气生产企业。就国家天然气发展总体规划看,在现有的60多个已通天然气城市的基础上,2010年发展到270个城市,21世纪中期,全国65%的城市都将通上天然气。因此,天然气才是最理想的能源。

【“煤”组代表】煤炭还可以用来制油,就是近些年比较热门的煤制油,其实这并不是近些年才最新出现的技术,早在二战的时候,因为当时德国很难从国外进口石油,所以对煤制油的研究特别深入,当时德国的煤制油基本上可以完全满足国内对石油的需求。再一个,就是在炼铁过程中煤炭也是不可缺少的,而且它的用途不只是给炼铁的反应提供热量,钢铁业一般使用焦炭,不是焦炭的话可以使用特定的炼焦没炼制焦炭,不过,近些年随着焦炭价格的不断上涨,已经有很多企业选择使用优质无烟煤炼制钢铁。因此,煤才是最理想的能源。

【“石油”组代表】天然气的开发利用迅速增长并且前景广阔。天然气储量丰富,迄今仅开采了全球总储量的16%,而且污染较小,可以作为石油的替代品,消费量将以年均10%的速度增长,有望超越煤炭成为第二大能源载体。

【“煤”组代表】由于世界石油、天然气价格居高不下,全球发电能源构成正出现重大转变,煤炭将重新成为新建电厂的首选燃料。全球最大的3家发电设备制造商──法国阿尔斯通、德国西门子和美国通用电气公司近日分别作出了类似的预测,未来10年发电设备订货年平均为1.2万千瓦,总金额为500亿美元,其中燃煤机组占40%,而燃气机组为25%到30%。预示着电力市场将发生结构性变化,首选燃料正从以天然气为主向煤炭转变。因此煤才是最理想的能源。

【师】同学们,自由辩论的时间到了。到底谁是理想的能源呢?请每组派个代表做最后的总结陈述。

【“天然气”组代表】我们先说。我国天然气储量也相对丰富,天然气用途广泛,天然气发电,缓解能源紧缺、减少环境污染;天然气也是制造氮肥的最佳原料,具有投资少、成本低、污染少等特点。由此可见,天然气才是理想的能源。

【“煤”组代表】煤价格便宜,不仅可以直接燃烧,还可以综合利用,煤的气化、液化和干馏是煤综合利用的主要方法。利用这些加工手段可以从煤中获得多种有机化合物。比如煤的气化,在高温下煤和水蒸气作用得到COH2CH4等气体,生成的气体可作为燃料或化工原料气。煤的液化,在一定条件下,使煤和氢气作用,可以得到液体燃料,也可以获得洁净的燃料油和化工原料。煤的干馏,在隔绝氧气的作用下,得到煤焦油、煤气等产品,用在化工产业等。因此,煤的用途非常广泛,煤才是最理想的能源。

【“石油”组代表】石油分馏后得到的产品也很多,用途很广泛。石油产品产生的能量多,燃烧值高,燃烧效率也较高,无废渣污染。因此汽车、轮船、飞机、火车等等这些重要的交通工具,燃料基本都是石油的产品,并且石油的产品还可以作为化工原料,因此石油被人们成为“工业的血液”,由此可见,石油才是理想的能源。

(本教学片断其他环节见《燃料的合理利用与开发》重难点突破二、四两部分。)

    
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