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能源化学

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能源化学

能源化学

学院:生命科学技术学院

专业:11生物质能

学号:2011194040

姓名:吴海龙

一.生物质微生物的转化研究进展

微生物与生物能源

微生物技术在新能源开发领域中有广阔的应用潜力,对能源的可持续发展具有重要的理论和现实意义.能源是人类社会进步与经济发展的重要物质基础。概括说,所有可能为人类利用以获取有用能量的各种来源都称为能源,如太阳能、风能、水能、化石燃料及核能、潮汐能等。由于它是一个国家或地区经济发展的命脉,人们给予了不同角度的高度重视和研究,并进行了多种形式的划分,如一次能源、二次能源、常规能源、新能源、可再生能源、非再生能源等。随着石油、天然气等的日渐枯竭,太阳能、风能、海洋能、地热能和生物能等可再生能源正日益受到了政府和科学家们的极大重视。

(1)当今世界及中国的能源状况。

煤炭、石油、天然气,是当前人类生活中的主要能源。随着人类社会的发展和生活水平的提高,需要消耗的能量日益增多。可是这些大自然恩赐的能源物质是通过千万年的地壳变化而逐渐积累起来的,数量虽大,但毕竟有限。何况由于人类不合理得利用和开采这些资源,使不少的资源白白浪费。石油大战,煤炭争端以使世界的能源局势趋于更加不安定的状态,两伊战争,伊拉克战争这些地区的争端都显现出人类为了生存,为了自身国家的发展对短缺能源的争端越来越明显。而工业需要发展,人类需要进步,当今摆在人类面前的矛盾就是:人类对能源需求日益增加与世界能源日益减少的矛盾。

人类生活中的主要能源在日益减少的同时摆在人类面前的还有由其引发地另一大难题:能源燃烧引发的环境污染问题。众所周知,煤炭和石油的燃烧会产生二氧化碳和其他的一些废弃物对环境造成很大的污染,对地球的长久发展造成很大的威胁。工业对燃料的需求越来越大,虽然各国都采取了一系列的措施减少废气物体的排放,但是由于各国经济实力的悬殊,尤其在发展中国家很少能够做到对废弃物体的回收和处理,伴随着工业发展温室效应,工业污染,大气环境污染等问题也越来越严重。能源已成为一个制约我国经济迅速发展的瓶颈。2003 年我国已成为仅次于美国的世界第二大能源消耗国。2004 年,中国进口原油112 亿t 。原油进口已成为我国能源安全的重大隐患。预计2010 年我国的原油加工量将达到217亿t ,而原油产量不会超过117 亿t。我国目前已探明的石油储量只够30 年开采,煤储量可开采100 年左右。因此新型能源的开发不但对我国国民经济的发展有重要推动作用, 而且已成为我国国家安全必须考虑的问题。针对

世界能源的结构现状以及其引发的一系列环境问题已经引起了世界各国广泛的关注,人类在不断的探索努力,希望可以找到或者研发出一些新的,可以再生的能源来补充人类的能源需求甚至代替原有的传统能源。一场能源改革革命呼之欲出。

(2)微生物的主要作用以及其与生物能源的关系。

微生物和动物、植物一样,是自然界三大物种之一。只是因为微生物个体过于微小,而不像一般动物和植物那样易让人们感知它的存在和功能,这不仅影响了人们对微生物的正确认识,也阻碍了对微生物技术开发的支持和投入。但是随着人类科学的进步,对微生物的研究越来越深入,使微生物更加能为人类所用。当今社会中微生物在工业、农业、医药、食品、能源等领域中所发挥的作用愈来愈令人瞩目。尤其是循环经济的建设,将离不开微生物的参与及其应用技术的发展和创新。微生物在循环经济发展中,还扮演着另一种十分重要的角色--污水和垃圾的处理者。几乎所有的污水处理都是靠微生物的作用完成的。污水和污物处理中既需要微生物分解和除掉各种有害物质,此外,还要靠微生物进行除臭。污水与污物的处理速度、处理效果取决于微生物的种类和功能。

因化肥、农药、除草剂过量使用,导致的农田土壤污染已成为重疴沉疾,而土壤污染带给水果、蔬菜、粮食的污染对人类造成的危害更不可低估。净化土壤,也要靠微生物发挥作用。用微生物生产抗菌素、有机酸、氨基酸、多元醇、黄朊胺、多肽、酒类、酱油、醋的历史十分悠久,作为一个生物界别,它的开发前景是不可限量的。

下面对微生物在可再生能源中的应用及开发现状做一下概述。

1、微生物与柴油开发

生物柴油是一种清洁的可再生能源,它是由大豆、油棕、甘蔗渣、工程微藻以及动物油脂、废食用油等与短链醇(甲醇或乙醇)经过酯交换反应得到的各种脂肪酸单酯的混合物,可以作为燃料替代石油,最大优势是可以与传统柴油以任何比例混合,无需改造发动机,直接用于机动车。有证据表明,使用生物柴油对人类健康和全球危害都相对较轻,排放物中多环芳香化合物(PAHs)和亚硝酸多环芳香化合物(nPAHs)含量水平低,二氧化碳和一氧化碳排放量仅为石油的10%,具有较好的生物降解性能。美国、欧洲一些国家和地区已把生物柴油作为代用燃料,建立了商品化生产基地,我国于2000年启动了燃料乙醇试点工作,目前已经建成了三大乙醇燃料生产基地,总产能超过了100万吨/年,年产量约5万吨。生物柴油主要用化学法和生物酶法生产,前者工艺复杂、能耗高、醇用量大,生成过程还有废碱液排放;后者虽条件温和、醇用量小、但一氧化氮排放量较高,所含的微量甲醇与甘油还会逐渐降解橡胶零件。开发微生物油旨(Microbial oils)生产生物柴油,在降低污染、增加产量方面较前二者有更大的优越性。微生物油脂又称单细胞油旨(Single celloil,sco),是酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定的条件下,以碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂作为碳源,在菌体内产生的大量油脂。将之规模化生产,便可获得生物柴油。开发微生物油脂,不仅微生物发酵周期短,受场地、季节、气候变化影响不大,还可以利用木质纤维素、工业废水、废气等资源丰富、价格低廉的原料进行生产,既能够解决人类资源短缺的问题,又可以保护环境,一举多得,具有巨大发展空间。美国国家可再生能源实验室(NREL)认为,微生物油脂发酵可能是生物柴油产业和生物经济的重要研

究方向。从20世纪40年代斯达氏油质酵母(Lipomycesstarkeyi)、粘红(Rhodotorula- glutinis)、曲霉属(Aspergillus)等油脂微生物发现至今,人们又陆续开发了多种油脂高产微生物,如希腊学者用高糖培养。基培养深黄色被孢(Mortierellaisabellina)发酵生产油脂,产量达18.1 g/L。李永红等‘31

筛选到一株丝孢酵(Trichosporon cutaneum)。利用葡萄糖发酵时油脂含量可达菌体干重的65%。此外,用在保健食品、功能饮料、化妆品等领域的功能性油脂的特种微生物菌种开发工作也正在如火如荼地进行中。

较之其他技术,微生物油脂生产工艺简单、有利于进行工业化规模生产。同时,廉价的原材料是微生物油脂生产生物柴油的最大优势。有文献报道,微生物利用碳水化合物生产油脂,最高转化率为25%,以玉米秸秆中纤维素和半纤维素含量70%计算,每6吨作物秸秆就可产1吨菌油。我国农林废弃物资源丰富,仅农作物秸秆每年产量近lO亿吨,如能充分利用并规模化生产,将大大提高生物柴油的产量。此外,通过对野生菌进行诱变、细胞融合和定向进化等手段,加快对产油微生物菌种改良、代谢调控和发酵工程的研究,可以获得具有更高产油能力突变株,提高产油效率。在当前化石资源日益减少和世界各国能源供应形势日趋严峻形势下,实现社会经济可持续发展的目标。

2、微生物与氢气制造

氢气是最理想的新能源之一。其原因是氢气在燃烧时,除了能量释放是汽油的3倍以外,其他燃烧物均为水,不会造成环境污染,堪称绿色燃料。氢气已成为导弹和航天飞机的主要燃料。

过去氢气可通过水的电解法、光电化学反应法、水煤气转化法和甲烷裂解法等方法制造,但无法获得廉价的氢气,因此需要寻找价廉物美的制造氢气的新方法。而利用微生物制造氢气的方法正好满足这方面的要求,这充分显示出它的优越性。

(一)由光合微生物生成氢气

光合微生物在光照条件下,其代谢中的固氮酶在缺少氮气或产物时,能还原质子放出氢气。能产氢的光合微生物主要有红螺菌属、红硫细菌属和绿硫细菌属等。(二)由非光合微生物生成氢气

某些非光合微生物能够利用多种代谢产生的有机酸,在无氧条件下发酵转化为H2。能产氢的非光合微生物可分为专性厌氧微生物和兼性厌氧微生物。在专性厌氧微生物中,主要有含细胞色素的梭状芽孢杆菌属、微球菌属、产甲烷菌等,不含细胞色素的脱硫脱硫弧菌、大肠埃希氏菌和芽孢杆菌属等。

3、微生物与石油开采

石油常存在于地下的地质沉积岩层中,是一种复杂的烃类混合物。这些烃类可能以气态、液态或沥青质固态存在。气态烃常伴随液态烃存在。气态烃一般是从甲烷到丁烷的小分子饱和烃混合物。液态烃俗称原油,含有上千种化合物。原油和天然气存在于地下沉积岩层中,形成贮油岩层。人们通过多种方法发现油田,开采油田,为人类提供重要的能源。在发现开采油田的过程中,微生物越来越起着重要的作用。

⑴、微生物参与石油的形成

石油等许多燃料是在多种微生物长期直接作用下形成的。没有众多微生物的

改造、分解作用,古代的生物遗体不可能变成今天巨量的化石能源。

⑵、微生物用于勘探石油

常规石油勘探是采取地球物理法和地球化学法等方法进行。由于地球地层结构的复杂性常常对石油勘探的结果产生质疑。为了提高勘探的准确性,在传统方法的基础上,引入了微生物勘探石油的新技术,日益受到人们的重视,并取得良好的效果。人们发现油区底土中的重烃含量与季节变化有很大的联系,而季节变化的起因与微生物活动密切相关。在底土中存在着能利用气态烃为碳源的微生物,这些微生物在土壤中的含量和在底土中的烃浓度存在某种对应的关系,因此可用这些微生物作为勘探地下油气田的指标菌。随着微生物培养技术和测定方法的不断改进,微生物勘探石油技术得到迅速发展,准确率不断提高,在实践中得到很好应用。目前它已成为石油勘探中一项重要的技术。用于石油勘探指标微生物主要是以气态烃为唯一碳源和能源的微生物,如甲基单胞菌属、甲基细菌属和分枝杆菌属的菌种。

⑶、微生物用于二次采油

靠地层压力将原油运到地面,称为一次采油。由于地层压力下降,一次采油所得的油量一般只占油田总储量的1/3左右,因而要进行二次采油才能获得更多的石油。通常采用强化注水法,可提高采油量,从30%提高到40% —50% 。在二次采油中,利用微生物采油也是一项重要的技术。微生物在油层中生长繁殖,发酵代谢,产生大量酸性物质和H2,CO2,CH4等气体。产生的气体可增加地层压力,产生的酸性物质溶于原油,降低原油的黏度,可能产生的表面活性剂可降低油水表面张力,把高分子烃类分解成短链化合物,使之更加容易流动,避免堵住油井输油管道,由此而提高石油的开采量。梭状芽孢杆菌属和磺弧菌属中的许多种可用于二次采油,效果明显。

⑷、微生物用于三次采油

经过二次采油后,油气田中仍有30% 40—% 的油田需要进一步开采,即第三次采油。在三次采油中,主要选育产气量大的菌种或利用分子生物学技术构建基因工程菌,连同营养培养液一起注入油层中,通过代谢,产酸产气,分泌表面活性剂,增加地层压力,降低表面张力,消除地层堵塞,从而提高采油量,延长油井的寿命。乳酸杆菌属、肠膜明串珠菌和黄胞杆菌属常用于三次采油中,提高石油开采率。

4、微生物与燃料酒精

在微生物作用下,将糖类、谷物淀粉和纤维素等物质通过“乙醇发酵”生产出燃料级乙醇,从而替代石油,这也是微生物在能源领域的又一应用。由于具有燃烧完全、无污染、成本低等优点,很多国家都开发了这一工艺。巴西以甘蔗作发酵原料生产的燃料酒精直接用于轿车发动机,目前已形成1000多万吨产能,替代了1/3车用燃料。美国计划2006—2012年间,燃料乙醇年用量要从1200万吨增加到2300万吨。英国、德国、荷兰等农业资源丰富的国家,也在进行燃料酒精的生产。我国是继巴西、美国之后全球第三大燃料乙醇生产和消费国,主要以粮食作物中的玉米为原料进行生产。随着该工业的快速发展,原料问题和国家粮食安全问题日益突出,因此,十一五期间我国政府提出生物乙醇要走非粮路线,即“不与人争粮,不与粮争地”。作为非粮资源中的纤维素、半纤维素是地球上贮量最丰富的有机物,美国、日本、加拿大、瑞典等国在新能源的研发中都给予了足够的重视。我国纤维素资源充足,年产植物秸秆约6×109吨,如果其

中的10%经微生物发酵转化,就可生产出乙醇燃料近8×106吨,其残渣还可用做饲料和肥料I引,因此发展纤维素乙醇前景广阔,目前山东大学、河北农业大学、江南大学等正在开展相关的研究工作。从1980年Wang[91等首次提出木糖可以被一些微生物发酵生成酒精至今,科学家们已发现100多种微生物可以代谢木糖生产酒精,包括细菌、丝状真菌和酵母,如曲霉(Aspergillus)、酵母菌(Saccharomyces)、裂殖酵母菌(Schizosaccharomyces)、假丝酵母(Candida)、球拟酵母(Torulopsis)、酒香酵母(Brettanomyces)、汉逊氏酵母(Hansenula)、克鲁弗氏酵母(Kluyveromyces)、毕赤氏酵母(Pichia)、隐球酵母(Cryptococcus)、德巴利氏酵母(Debaryomyces)、卵孢酵母(Oosporidium)等。

实际应用中也暴露了一些问题,有的对乙醇耐受力低、有的需要在有氧条件下发酵,还有的需将木塘转化为其他可利用的物质后才能进行乙醇发酵,因此生产率普遍较低。随着生物技术的发展,出现了大量可高效转化的基因工程菌。1993年,Ho等将木糖还原酶,木糖醇脱氢酶和木酮糖激酶的基因转入酿酒酵母,首次成功构建出利用葡萄糖和木糖生产乙醇的工程酵母。Sonderegger等。将多个异源基因引入代谢木糖的酵母工程菌,重组酵母不仅降低了副产物木糖醇的量,所得乙醇产量比亲株提高25%。

除纤维素外,微生物还可分解有机垃圾获得燃料酒精,不仅能为工农业生产提供能源,而且比焚烧、填埋更有利于环境卫生和城市生态的改善。因此,利用微生物的作用将地球上贮量巨大的生物资源转化为燃料乙醇前景广阔,但水解酶成本过高是限制其产量提高的一个重要因素。此外,现有菌种大多乙醇耐受力差,副产物多,对发酵条件要求苛刻,今后研究应致力于继续筛选优良性状的菌株,或利用基因工程手段选育高产纤维素酶、木质素酶菌种,以及能克服上述问题的菌种,对其酶学特性、功能基因进行研究,优化发酵条件,辅以工艺措施的改进,提高燃料乙醇生产效率并降低成本。

5、微生物与沼气

沼气又名甲烷,世界各国普遍用于燃烧和照明,如英国甲烷产量可以替代全国25%的煤气消耗量,许多国家都将其列入国家能源战略。我国是该领域

开展得最好的国家,如北方的四位一体模式D5I、南方桑基鱼塘农舍模式、猪一沼一果等多种利用沼气的农业生产模式,赢得了很高的国际赞誉。联合国环境规划署曾先后授予我国北京市留民营村,浙江省萧山市山一村,辽宁省大洼县西安生态养殖场等单位环境保护全球“500佳”称号。在农村普及沼气技术,发展生态农业,可以解决“三农”问题,发展经济;在城市利用沼气发酵处理有机废水、固体有机废物,处理后的残渣还可用作无臭有机肥料,达到生物资源的最大利用,从而实现经济、社会、生态效益的统一。沼气发酵是一个复杂的微生物学过程,需要发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氢产乙酸菌、食氢产甲烷菌、食乙酸产甲烷菌五大类微生物共同作用。由于参与的微生物种类众多,目前的研究多集中于

功效检测和工艺优化方面,较少涉及单个菌株作用机理的研究,因此一直处于“黑箱”操作阶段。今后如能侧重于单个菌种发酵或降解机理的研究,明确其在发酵体系中的作用以及与发酵体系中其他菌株的互作关系,这将使其中起重要作用的功能菌株明朗化,并有望获得一批可以降解其他废弃物生产沼气的新微生物资源,从而扩大原料利用范围。

⑴、沼气发酵中的微生物

沼气发酵中的微生物都是厌氧和兼性厌氧微生物,主要包括分解有机物的微

生物和产甲烷的微生物两大类。

分解有机物的微生物包括芽孢杆菌属、假单胞菌属和变形杆菌属等微生物。产甲烷的微生物专性厌氧,不生孢子,范围比较广泛。迄今为止,已经分离鉴定的产甲烷微生物超过70种。

在分类学上,它们属于古生菌。主要分布在甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属、甲烷球菌属、甲烷螺菌属和甲烷丝菌属等19属中。

⑵、沼气发酵的原理

沼气发酵是由混合的厌氧微生物利用有机碳化物发酵产生沼气的发酵。整个发酵过程可分为3期: 1、液化期:沼气发酵原料中的有机物质,被一些不产甲烷的微生物分解。纤维素、半纤维素、淀粉等分解为双糖或单糖,蛋白质分解为多肽或氨基酸,脂肪分解为甘油和脂肪酸。 2、产酸期:产酸微生物分解糖类及淀粉类化合物,生成小分子挥发性的有机酸,如乙酸等。 3、产气期:在严格厌氧条件下,产甲烷微生物利用小分子挥发性的有机酸转化分解为CH4和CO2等气体。

二.热裂解产生生物油研究进展

目前, 由于煤、石油和天然气等化石能源储量的日益减少, 以及它们燃烧后产生CO2、SO2、NOx等污染物, 而生物质燃料却能克服这些缺点, 因此, 有关如何合理利用生物质燃料的问题己提到日程上来。生物质燃料要成为煤、石油和天然气等矿物燃料的替代品, 其关键之处就是将低品位的生物质能转换成高品位的能源[1-2]。

生物质能,简称生物能,是指从生物质获得的能量,具有分布广、可再生、可存储、储量大和碳平衡等优点[3-4]]。但生物质的能量密度低,存在运输困难和燃烧效率低的问题,需要通过热化学或生物技术将其转化为固体、燃料或气体等燃料形式加以利用。固体燃料转化包括生物质成型、直接燃烧和生物质与煤混烧等;液体燃料转化包括生物质发酵制生物乙醇和酯化/加氢制生物柴油,以及生物质直接制液体燃料(Biomass to Liquid Fuel,BtL)等;气体燃料转化包括生物质制沼气、气化气和制氢等[5]。

生物质热解是指在无氧环境下,生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可凝性液体和气体产物的过程[6] 。生物质热解可归结于纤维素、半纤维素和木质素三种主要成分的热解,国内外研究人员对三种组分的动力学研究已取得了一定的成绩,尤其是纤维素热解动力学研究已取得了比较完善的结论。

生物质热解机理研究可以分为两部分,一是热解反应动力学的研究,二是具体热解产物形成途径的研究,两者构建了机理研究的基础。[7]

1.基本过程

生物质热解液化是指生物质原料(通常需经过干燥和粉碎)在隔绝氧气或有少量氧气的条件下,通过高加热速率、短停留时间及适当的裂解温度使生物质裂解为焦炭和气体,气体分离出灰分后再经过冷凝可以收集到生物油的过程。在此工艺过程中,原料干燥是为了减少原料中的水分被带到生物油中,一般要求原料的含水量低于10%。减小原料颗粒的尺寸,可以提高升温速率,不同的反应器对颗粒大小的要求也不同。热解过程必须严格控制温度(500~600 ℃)、加热速率、热传递速率和停留时间,使生物质在短时间内快速热解为蒸

气;对热解蒸气进行快速和彻底地分离,避免炭和灰份催化产生二次反应导致生物油的不稳定,并保证生物油的产率。除需要严格控制反应条件外,热解液化还要避免生物油中的重组分冷凝造成的堵塞[8-9]。

2.一般反应器

生物质快速热解液化技术的核心是反应器,它的类型和加热方式决定最终的产物分布。反应器按物质的受热方式可分为三类:机械接触式反应器、间接式反应器、混合式反应器。目前,针对第一类型和第三类型反应器开展的研究工作相对较多,这些反应器的成本较低且宜大型化,能在工业中投入使用。代表性的反应器有加拿大Ensyn 工程师协会的上流式循环流化床反应器(Upflow circulating fluidbed reactor)、美国乔治亚技术研究所(the GeorginTechnique Research Institute,GTRI)的引流式反应器(Entrained flow reactor);美国国家可再生能源

实验室(NREL)的涡流反应器(Vortex reactor);荷兰Ttwente 大学反应器工程小组及生物质技术集团(BTG)的旋转锥反应器(Rotating cone reactor)和加拿大Laval 大学的生物质真空多炉床反应器(Multiple hearth reactor)等反应器,它们具有加热速率快、反应温度中等和气体停留时间短等特征。

2.1 流化床反应器

流化床反应器是利用反应器底部沸腾床燃烧物料加热载体,载体随着高温气体进入反应器与生物质混合导致生物质被加热并发生热裂解。流化床反应器具有设备小、传热速率高和床层温度稳定的特点,同时气相停留时间短,减少了热解蒸气的二次裂解,提高了生物油产量[12]。刘荣厚等使用流化床反应器进行榆木木屑热解液化的研究,发现榆木木屑在裂解温度500 ℃、气相滞留时间0.8s、物料粒径0.18 mm 时生物油的产率可达46.3%[13]。

2.2 循环流化床反应器(见图1)

循环流化床反应器具有传热速率高和停留时间短等特点,是生物质快速热解液化的一种理想反应器。加拿大Ensyn 工程师协会在意大利Bastardo建成了650 kg/h 规模的上流式循环流化床示范装置,杨木粉在反应温度550℃时生物油产率达65%[14]。Velden 等[15]对循环流化床反应器快速热解生物质的过程进行模拟,结果表明最佳的反应温度为500~510 ℃,生物油的产率可达60%~70%。广州能源研究所的生物质循环流化床热解液化装置以石英砂为循环介质,在木粉进料5kg/h、反应温度500 ℃时生物油产率达63%[16]。

2.3 引流式反应器(见图2)

引流式反应器(entrained flow reactor)是由美国乔治亚理工学院(GIT)和Egemin 公司开发的,丙烷和空气按化学计量比引入反应管下部的燃烧区,高温燃烧气将生物质快速加热分解。利用引流式反应器,生物质热解产生的液体产率可达60%,但该装置需要大量高温燃烧气,且产生大量低热值的不凝气[17]。

2.4 涡流反应器(见图3)

涡流反应器的研发主要有美国国家可再生能源实验室(NREL)和法国国家科研中心化学工程实验室(CNRS)公司。NREL 开发的涡流反应器的反应管长0.7 m,管径0.13 m,生物质颗粒在高速氮气或过热蒸汽引射流作用下加速到1200m/s 沿切线方向进入反应管,在管壁产生一层生物油并被迅速蒸发[18]。未完全转化的生物质颗粒则通过特殊的固体循环回路循环反应。目前,涡流反应器不受物料颗粒的大小和传热速率的影响,但受加热速率的制约;生物油产率在55%左右,最高可达67%左右,但其氧含量较高

2.5 旋转锥反应器(见图4)

生物质颗粒与惰性热载体(如砂子)一起进入旋转锥反应器的底部,并沿着炽热的锥壁螺旋向上传送。生物质与热载体充分混合并快速热解,生成的焦炭和载体被送入燃烧器中燃烧来预热载体。该反应器的缺点是生物油产率可达70%,但生产规模小,能耗较高。沈阳农业大学在UNDP 的资助下,1995 年从荷兰的BTG 引进一套50 kg/h 旋转锥闪速热裂解装置并进行了相关的试验研究。Lédé 等[19]研究了旋转锥反应器对不同原料的热解,发现在627~710 ℃温度条件下,生物油产率可达74%。李滨[20] 用转锥式生物质闪速热解液化装置(ZKR-200A 型)对4 种生物质进行了热解液化实验,发现生物油产率可达75.3%。

2.6 真空多炉床反应器(见图5)

真空多炉床反应器是多层热解磨装置,原料由顶部加入,受重力和刮片作用而逐渐下落[11,21]。热解蒸汽的停留时间很短,二次裂解少,同时生成的生物油分子量相对较低,有利于精制。但该装置需要大功率的真空泵,同时价格高、能耗大。

3.生物质热裂解技术发展现状

国外对生物质的热化学转换尤其是热裂解过程进行了很多的研究, 相对而言, 亚洲在该技术领域的研究开发活动很少。浙江大学率先在国内自行开发了流化床生物质闪速热裂解制取液体燃料的装置。表1 示出了生物质热裂解制取代用液体燃料的研究简况。

4.生产实际中的反应器

在生物质热裂解的各种工艺中, 不同研究者采用了多种不同的试验装置, 然而在所有热裂解系统中, 反应器都是其主要设备, 因为反应器的类型及其加热方式的选择在很大程度上决定了产物的最终分布, 所以反应器类型的选择和加热方式的选择是各种技术路线的关键环节。应用于生物质制取代液体燃料的实用性较强的反应器具有加热速率快、中等反应温度、气相停留时间短等共同特征。综合国外现有的反应器, 主要可分为如下几类。

4. 1机械接触式反应器

这类反应器的共同点是通过一灼热的反应器表面直接或间接与生物质接触, 从而将热量传递到生物质使其高速升温从而达到快速热裂解, 其采用的热量传递方式主要为热传导, 常见的有烧蚀热裂解反应器、丝网热裂解反应器、旋转锥反应器等。涡流反应器是典型的机械接触式反应器, 生物质颗粒在高速氮气或过热蒸汽引射流作用下沿切线方向进入反应器管, 并由高速离心力作用在高温的反应器壁上烧蚀, 从而在反应器壁上留下生物油膜, 并

迅速蒸发。未完全转化的生物质颗粒则通过特殊的固体循环回路循环反应。图1 显示了美国可再生能源实验室研制的最新涡流反应器[ 29] , 该系统的生物油产量能达到67% 左右, 但油中氧含量较高。

图1 美国可再生能源实验室研制的涡流反应器

类似的反应器有Aston 大学的烧蚀热裂解反应器及荷兰Twente 大学设计的旋转锥生物质热裂解反应器等。机械接触式反应器的工作原理较为简单, 也便于放大应用, 但无论直接还是间接接触, 都不可避免地引起器壁的磨损, 同时运转的机械部件容易在热裂解过程中产生故障, 另外, 固体颗粒受热的不均匀性及挥发分的顺利析出都是需要重点考虑的环节。

4. 2间接式反应器

这类反应器的主要特征是由一高温的表面或热源提供生物质热裂解的所需热量, 其主要通过热辐射进行热量传递, 常见的热天平可归属此类。热辐射反应器是典型的间接式加热反应器,Chan[ 30] 设计了一用于研究单颗生物质颗粒的热裂解行为的反应器及相关的分析系统, 如图2 所示。该反应器的热源是一个1kW 的氙灯, 其均匀提供约0~ 25W/ cm2 的一维高强度热通量给内置在玻璃反应器内套管的试样, 氦气流使得颗粒热裂解析出的挥发分快速冷却并将其送到收集器和分析系统, 单颗粒生物质的热裂解试验在常压下进行,得到了约40%左右的生物油。该类反应器中生物质颗粒以及各热裂解产物的辐射吸收特性存在差异, 使得温度控制较为困难并对导致生物油二次反应的抑制作用较差, 同时需高温热源的提供而使得实际应用受到了限制, 通常仅在机理性研究时才采用。

4. 3混合式反应器

混合式反应器主要是借助热气流或气固多相流对生物质进行快速加热, 起主导热量传递的方式主要为对流换热, 但热辐射和热传导也不可忽略, 常见的有流化床反应器、快速引射床反应器、循环流化床反应器等。流化床反应器由于其工艺上的日渐成熟, 而使得其应用范围非常广泛, 其能提供高的加热速率以及相对均匀的反应温度, 同时快速流动的载气便于一次产物及时析出, 正因为如此, 目前国外积极开展生物质在流化床反应器的热裂解的

相关研究。

图3 示出了Waterloo 大学[ 31] 的流化床反应系统, 生物质热裂解析出的挥发分在经过分离器除去炭后冷却得到生物油, 其在500 # 左右得到了最高的生物油产量。在目前所有的热裂解反应器中, 针对流化床或类似的反应器而开展的生物质热裂解制油的试验研究是比较丰富的, 与流化床工作原理相类似的有Sassari 大学的流化床反应器、Ensyn 提出的循环流化床反应器和GTRI 的快速引射流反应器等。

4. 4真空热裂解反应器

上述反应器主要运行在常压下, 而较低加热速率下进行的真空热裂解也能取得较高的生物油产量, 加拿大Laval 大学和pyrovac 公司先后[ 32] 设计出生物质的真空热裂解反应器图4。物料干燥和破碎后进入反应器后被送到两个水平的恒温金属板间受热裂解, 裂解产生的挥发分依靠反应器的真空状态很快被带出反应器, 直接输入到两个冷凝系统, 一个收集重油, 一个收集轻油和水分。该系统最大的优点是真空下一次裂解产物能很快脱离反应

器从而降低了二次反应的几率, 但需要真空泵的正常运转以及反应器极好的密封性来保证, 而这在实际应用时将会加大投资成本以及运行难度。

5.资源潜力及开发前景

5.1 资源潜力

全世界每年产生的生物质(植物)从能量角度看,约为全球每年能源消费的8倍,美国的OTA估计在21世纪生物质能将会使核能黯然失色并最终与煤等常规燃料竞争而成为主要能源。然而,目前人类仅利用了每年生物质产量的7%,也就是说每年经过光合作用固定下来的生物

质能约是全世界能源消耗的10~20倍,利用率仅为1%~3%。我国的生物质资源非常丰富,1996

年我国的各种主要农作物秸杆(稻杆、麦杆、玉米杆等)总量为7·05亿t,农业加工残余物(稻壳、蔗渣等)约为0·84亿t,薪材及林业加工剩余物合理资源量为1·58亿t,人畜粪便生物质资源总量为4·43亿t,城市生活垃圾污水中的有机物约0·56亿t,我国生物质能资源潜力折合7亿t标煤左右,而目前年实际使用量为2·2亿t标煤左右。因此,我国的生物质资源还有很大的开发潜力。

5.2 开发前景

生物质热裂解液化技术的经济效益取决于生产成本与可能的销售价格,本文初略计算了一座与一大型木材加工厂配套的2t/d规模的木屑热裂解制油厂,其年生产能力为430t生物原油,通过生产成本核算(包括原料成本、能耗、水耗、人工和设备、厂房投入折旧费、利息等)及财务分析,得出生产成本约为900元/t。按等热值粗略折算2t生物原油可折合1t石化燃油,则生产1石油当量吨的生物原油成本为1800元/t,而现在的柴油、汽油的价格一般在2800元/t,且仍有涨价的趋势。这意味着如果从有利于生物质液化燃油的市场竞争出发,将生物原油的价格定在1200元/t左右是有竞争力的,而且该规模的生物质热裂解制油厂可年获利润4.67万元。进行敏感性分析得到原材料价格下降10%时,内部收益率将从5%升高到6.2%,油价提高10%,则内部收益率将从5%升高到10.2%,可见,在继续改进生物油品质的基础上,生物质热裂解液

化技术具有强劲的生命力,当然生物质热裂解液化技术的初始应用需要政府的扶持和信贷政策的支持。短期来讲,相比于生物油作为燃料利用的角度,广泛的工业应用更有赖于化学产品和高附加值物质的生产;但从长远角度考虑,随着技术的发展,生产规模的扩大,成本的下降,

生物油作为燃料和动力用油更具有竞争性,同时生物质液体燃料的利用可大大减少SOX、NOX 以及CO2的排放,其综合效益更显著。目前,生物质热裂解液化技术在国外已经被广泛认定为一项具有深远发展前景的可再生能源利用技术,其存在和发展的重要意义不仅仅局限在一个能提供高利用价值液体燃料这一点上,而是因为该工艺将可再生资源高品位利用、生态环境的低污染以及绿色能源的持续供应等有机地结合在一起, 实现了资源、能源和环境的高效统一, 因此该项技术具有广泛的应用前景。

三.以微藻为原料生产生物柴油的过程微藻能将二氧化碳转化为生物燃料、食品、饲料和高价值的生物活性物,而且这些光合微生物还可用于生物除污以及作为固氮生物肥料,好比日光驱动的细胞工厂。微藻能够提供不同类型的可再生生物燃料,包括用海藻生物质经厌氧消化后产生的甲烷、从微藻油脂中提取的生物柴油以及直接光生物合成的生物氢气。利用微藻做燃料的构想不自今日始,随着石油价格的节节上涨,这种想法目前越来越受到重视;而燃烧化石能源导致全球变暖给人们带来的新忧虑,使得微藻燃料具有了更重要的意义。

一、微藻来源与功能作用

(一)微藻的来源

微藻是指一些微观的单细胞群体,是最低等的、自养的释氧植物。它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群。无论在海洋、淡水湖泊等水域,或在潮湿的土壤、树干等处,几乎在有光和潮湿的任何地方,微藻都能生存。

若要大规模地利用藻类生物质来制取生物柴油,就必须保证有充分的藻类生物质。目前藻类的来源主要有2个途径,一是收集湖泊、河湾、水库、池塘等富营养化水体中天然生长的大量浮游藻类;二是人工户外养殖制备,这也是获取藻类生物质的最主要和最有效的方法。

微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物,它是由阳光驱动的细胞工厂,通过微藻细胞高效的光合作用,吸收CO2,将光能转化为脂肪或淀粉等化合物的化学能,并放出O2。微藻是光合效率最高的原始植物,也是自然界中生长最为迅速的一种低等植物,而且某些微藻可以生长在高盐、高碱环境的水体中,可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠进行大规模培养,也可利用海水、盐碱水、工业废水等非农用水进行培养,还可以利用工业废气中的CO2。因此,微藻生物柴油成为了潜在的能源研究热点。

(二)微藻制备生物柴油的优势

1.微藻可以实现二氧化碳的减排

随着石油、天然气和煤炭大量的消耗和使用,许多城市的空气质量状况较差,严重威胁着城市的发展和人们的健康。二氧化碳的大量积聚,引起温室效应,导致全球气候变暖。世界各国政府对此均十分重视,纷纷准备制订强制性的规范与标准限制二氧化碳的排放。按照《京都议定书》规定,各个国家之间可以互相购买排放指标,也可以以增加森林面积吸收二氧化碳的方式按一定计算方法抵消,种植项目本身就是排放指标,如壳牌等国际炼油巨头每年都要在世界各地购买指标。

微藻通过光合作用固定空气中的二氧化碳,每增加一吨微藻生物质,就相当于排放两吨化石能源释放的温室气体。微藻在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量,因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零;由微藻制造的生物柴油更能适应国内外对二氧化碳减排的要求,与普通柴油相比,微藻生物柴油可减少约90%的空气毒性。它含硫量低,二氧化硫和硫化物的排放比普通柴油少30%;含氧量高,可达11%;点火性能好,燃烧时排烟少,一氧化碳的排放与普通柴油相比少10%。另外生物柴油不含导致环境污染的芳香族烷烃,废气对人体的损害也要远远低于普通柴油。

2.微藻在地球上分布广泛,适应各种生存环境

包括终年被冰雪覆盖的南北两极,pH极高或很低的湖泊水潭、盐碱沼泽甚至盐度饱和卤水,在大洋深处、高山之巅以及火山口、地热温泉、干旱沙漠等对生命过程极为不利的极端环境中都有微藻繁衍生息。我国几乎所有木本油料植物都集中生长在南方亚热带地区,微藻完全不受此限制。

3.微藻养殖不需要占用耕地

目前生物能源的来源都是现有的陆生植物甚至粮食作物,而实际上,广阔的海洋才是地球上吸收太阳能的主要区域,而且利用陆生植物甚至粮食作物制取生物能源,需要与人类或者动物分粮食,这显然不是一个合理的长远途径。联合国粮农组织2007年年底的一份报告说,受油价上涨导致大量粮食被转变为生物燃料等因素的影响,世界正在经历"前所未有"的粮食危机。有联合国官员认为,使用粮食生产燃料是一项“反人类的罪行”。

4.微藻的生长速度远远高于其它油料作物

比如产油较高的木本植物麻疯树,须3年挂果投产,5年方进入盛果期,每年仅在十月份产果一次。而微藻在正常生长时其生物量每24小时便可翻倍,在指数生长期,倍增时间甚至可以缩短至3.5小时。

二、微藻生物柴油开发的技术流程

微藻生物柴油成套技术涵盖多个技术环节,是一个复杂的系统工程,包括微藻的筛选和培育,获得性状优良的高含油量藻种,在光生物反应器中吸收阳光、CO2等,生成微藻生物质,最后经过采收、加工,转化为微藻生物柴油。技术流程如下图1。

图1微藻生物柴油开发技术流程

(一)微藻的筛选和培育

优良富油藻种的选育是微藻生物柴油效率提高与成本降低的首个关键环节,涉及微藻含油量、光合效率、生长速率的研究等,其影响的因素包括微藻种类、研究温度、pH值、盐碱度、光照等环境因子,N、Si、P、S和微量元素等营养因子,以及基因工程改造等。一方面,从经济效益上看,较高水平的含油量是微藻生物柴油技术可行的必要条件。目前,葡萄藻(Botryococcus braunii)、裂殖壶藻(Schizochytrium sp.)等微藻的含油量可达50%以上,这是对自然界中的微藻生物资源进行普查和系统的收集、表征、筛选、整理和保存的参考标准。另一方面,快速的生长条件也是降低微藻生物柴油开发成本的必然要求,即选育

和基因工程改造后要符合耐高浓度的CO2、高温以及高强度光照的条件。由于空气中的CO2只有0.03%-0.06%,而环境中一定浓度的CO2含量又是微藻快速生长的基本条件,因此工业废气等非自然条件下的环境就成为了常见的选择。

表2 不同微藻的耐受性和生长速度

目前,已有较多的研究者对微藻生长条件进行了研究,部分微藻分别在耐受的CO2浓度、耐受温度以及产率等方面表现出较好的特性(表2)。此外,考虑到微藻培育的条件,大规模的生产、在燃油和燃煤设备(如燃烧电厂、汽车尾气排放装置)中固定CO2,以及水和养分的循环都是降低成本的必要措施。

(二)光生物反应器的研究

光生物反应器是指用于微藻培养的一类装置,与一般的生物反应器具有相似的结构,是具有光、温度、溶解氧、CO2、pH值等培养条件的调节与控制系统。目前,研究者已经设计了多种形式的光生物反应器(表3)。

表3 各种光反应器的优缺点

从成本的角度看,由于封闭管式光生物反应器在单位区域的利用面积、生物质浓度(如果浓度过低,采收成本会大幅升高)都比跑道池式生物反应器高出至少一个数量级,因此在当前的微藻生物柴油成本需大幅降低的前提下,封闭管式相对于跑道池式更优。目前,封闭管的直径往往小于0.1m,以使反应器的光源充足。然而,封闭管式反应器造价高,并且在应用中也存在受pH值限制等缺点。

尽管各种反应器类型不同,但从理论上看,都是微藻细胞所经历的光照射路径过程,以及在这个过程中所承受的剪应力和光/暗周期。光衰减模型(light attenuation model)和计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)可用于评估光生物反应器的设计,从而使微藻单细胞的生长与光照、CO2利用最优化。例如,典型的封闭管长度不超过80m,且通过夜连续不断的培养基补给以弥补夜间微藻消耗。在反应器的物理设计中,为最大限度地利用阳光,封闭管的方向往往是南一北方向,且反应器所处地面往往涂成白色,以增强反光。此外,由于机械泵易损伤微藻,因此,在进口处往往采用空气提升泵,而反应器每隔一段则设排气区以抑制反应过程中产生的溶解氧毒害,进口处和封闭管中设CO2输入装置来控制pH值。

(三)微藻生物质采收、加工与转化技术

微藻生物质通过加工提炼与转化才能得到所需要的生物柴油,其成本可占约总成本的50%。目前,已经研究的技术仍未很好地解决采收成本过高的难题,因此,发展新的采收方法是未来研究发展的必由之路。由于藻油提取也需大量耗能,不经过机械压榨或干燥而直接从微藻生物质中获取脂肪成为主要的研究方向,细胞破碎技术的直接应用成为了研究前沿。其他生物质(木质生物质等)的预处理技术可以为微藻生物质的采收与采取提供借鉴。其中,碱处理是最为常用的方法,虽然会影响蛋白加工等生物质综合利用,但对于微藻游离脂肪酸的分离却效果明显。提取过程则可以考虑流动反应器甲酯化一酯交换反应一分离一体化工艺,或联合微藻采收实现细胞破碎一甲酯化一酯交换反应一分离一体化工艺,并在此过程中处理好水和养分循环,以及副产品和废物利用。

中考复习——化学与社会发展 (2)

中考复习——化学与社会发展 [课标解读] 这部分内容可以从以下四个方面进行复习:(1)燃料燃烧时释放热量的有效利用,怎样使燃料完全燃烧;(2)燃料燃烧的安全问题,怎样应用化学知识进行灭火;(3)燃料燃烧对环境的影响,怎样减少燃料燃烧时有害气体和烟尘的排放,减少对环境的污染;(4)利用化学科学开发洁净、高效的能源。通过复习,认识到自然资源并不是取之不尽、用之不竭的。人类要合理地开发和利用资源,树立保护环境、与自然和谐相处的意识,保证社会的可持续发展。 [知识梳理 说明: 1.根据燃烧的条件[①物质具有可燃性;②可燃物与氧气接触;③温度达到可燃物的着火点。],灭火的原理就是采用不同的方法去破坏维持燃烧进行的条件②或③,从而使燃烧停止。 2.煤、石油、天然气三大化石燃料及酒精等有机物不完全燃烧时都会产生有害气体一氧化碳,因此可通过增大氧气的浓度或增大可燃物与氧气的接触面积促进其的完全燃烧,从而减少污染,充分利用能源。 3.可燃物的燃烧与燃烧空间有关。如果急速的燃烧发生在有限的空间内,就会在短时间内聚积大量的热,使气体体积迅速膨胀而引起“爆炸”。 [应试方略] 考生复习这部分内容时,需注意以下几点:(1)知道燃烧的条件,能用燃烧的条件及灭火的原理去解答日常生活中出现的一些

现象。知道在火灾中逃生的方法和措施。(2)知道爆炸的条件,能用爆炸的条件去分析实际生活中发生爆炸的原因,能正确选择防爆措施。(3)知道煤、石油、天然气三大化石燃料的成分,了解化石燃料的不可再生性以及它的燃烧对环境的影响,会写一氧化碳、乙醇、甲烷等燃料燃烧的化学方程式。(4)知道氢气是理想的高能洁净燃料,了解氢气作为燃料的突出优点和目前还没有普遍使用氢气作为能源的原因。会写氢气燃烧的化学方程式。(5)了解石油分馏产品(石油液化气、汽油、煤油等)的用途,知道煤的综合利用的产品及其用途。(6)知道保护水资源和节约用水的方法和措施。 [考点聚焦] 能源问题和资源的合理利用均属于社会的热点问题,因此近年来各地中考试题中都有所涉及,题目以选择、填空、简答题为主,试题往往以信息题、开放性题的形式出现。在试题设置上注意问题的真实性与情境性,分值占全卷的2%~6%。[名师解题] 例1.(2005年湖北黄冈)目前,化石燃料是人类生产、生活的主要能源。随着全球能源使用的增长,化石燃料等不可再生能源将日趋枯竭。世界各国人民的节能意识正在日趋增强,科学家也在开发新能源、研制节能产品、提高化学能的转化效率等方面,做着积极的努力。下列是目前正在利用和正在开发的部分能源:煤、石油、天然气、太阳能、风能、潮汐能、氢气、“可燃冰”等。回答下列问题: (1)属于不可再生的能源是; (2)我国“西气东输”工程输送的能源物质是; (3)埋藏于海底,目前开采在技术上还存在很大困难的能源物质是。 (4)通过非化学反应产生能量的能源是; 分析:本题主要考查了有关能源的知识,解答本题的关键是熟悉化石燃料的有关知识。 答案:(1)煤、石油、天燃气、“可燃冰”(2)天然气(4)“可燃冰”(3)太阳能、风能、潮汐能 例2.(2004年广东珠海)某市一炼油厂油罐汽油泄漏,有一拖拉机在其附近发动,随着“轰”的一声巨响,瞬间起火爆炸,后经及时扑救后基本扑灭,消防水龙头仍对油罐继续喷水一段时问。几天后市环保部门对炼油厂和市区上空大气进行监测,测知其污染指标均没超过国家有关标准。试依据学过的化学知识回答。 (1)油罐起火爆炸的原因是什么? (2)请写出灭火后要继续对油罐喷水的主要理由。 (3)市环保部门要监测大气中哪些有害气体? 分析:本题考查的知识点是爆炸的条件和燃烧的条件以及大气中几种主要污染物的成分。(1)油罐泄漏,在其附近就会形成可燃性气体,遇拖拉机发动时冒出的火花就会剧烈燃烧而引起爆炸。(2)灭火后,油罐及其内汽油温度仍然较高,若不处理,任其聚积热量,一旦达到汽油的着火点,又会引起燃烧、再度爆炸,因此当明火已灭后仍要设法降低油罐及其内汽油的温度。(3)汽油中含有C、H、O、S、N等元素,其燃烧会产生SO2、NO2、CO等有害气体,环保部门主要监测这些气体的含量是否增大。 答案:(1)由于油罐泄漏汽油,使附近空气中含有大量汽油蒸气,拖拉机发动时;引起的火花将空气中的汽油引燃,从而导致油罐起火爆炸。(2)继续对油罐喷水是为了进一步降低油罐的温度,使其低于汽油着火点,防止汽油重新燃烧发生爆炸。 (3)市环保部门要监测大气中的有害气体是SO2、NO2、CO等。 例3.(2004年广东)物质燃烧必须同时满足三个条件(如下图甲)。请回答:

化学与生活-高考真题汇编

1. 化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关。下列说法不正确的是( ) A .光化学烟雾是氮氧化物受紫外线照射后与空气中的一些碳氢化合物作用生成的一种有毒烟雾 B .“煤改气”、“煤改电”等清洁燃料改造工程有利于减少雾霾天气 C .绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理 D .航天飞机上使用的隔热陶瓷瓦,大多是以碳纤维做增强体的新型复合材料 1.绿色化学的核心是从源头上消除或减少污染;煤改后燃烧充分,不易产生固体颗粒。 2.下列有关物质性质的应用错误的是( ) A .药皂中加入少量苯酚有杀菌消毒的作用 B .明矾能水解生成Al(OH)3胶体,可用作净水剂 C .为防止月饼等富脂食品氧化变质,常在包装袋中放入生石灰 D .NaHCO 3受热能分解产生CO 2气体,在食品工业中可作为焙制糕点的膨松剂 2.生石灰没有还原性,一般加还原铁粉防氧化。 3.国际能源网报道:金属燃料可能成为新能源,可能带来结束化石能源时代的希望,是一种理想的储能方式。下列说法不正确的是( ) A .纳米金属燃料更易点燃 B .铁作燃料时,可用磁性材料吸引生成物,便于产物分离 C .镁可以通过2Mg +CO 2=====点燃2MgO +C ,达到既节能减碳又释放能量的效果 D .可从海水中提取氯化镁,使其分解获得镁并释放出能量 4.生活中处处有化学,下列表述不正确的是( ) A .严禁乱弃废电池,防止重金属污染土壤和水源 B .皮肤沾有油脂时,立即用氢氧化钠稀溶液擦洗 C .硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,是制备硅胶和木材防火剂的原料 D .用含橙色酸性重铬酸钾的仪器检验酒驾,利用了乙醇的挥发性和还原性 5.下列说法不正确的是( ) A .有科学家称硅是“21世纪的能源”,主要是因为作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用 B .浓硝酸在光照条件下变黄,说明浓硝酸易分解生成可溶于硝酸的有色产物

(能源化工行业)化学与能源开发鲁教版

(能源化工行业)化学与能源开发鲁教版

课题第九单元第壹节《化学和能源开发》 马艳红 教材分析 本节教学内容鲁教版九年级化学第九单元《化学和社会发展》第壹节的。当今社会人类所使用的能源主要是化石燃料;化石燃料燃烧会放出大量的热,能够转化为电能,同时会产生二氧化硫等污染性气体,这些都是学生们熟悉的。但,化石燃料是有限的,人们对能源的需求是不断增加的,且希望所用的能源来源广泛,产生热量大,没有污染。如何解决这壹矛盾?这需要开发利用新能源。那么什么样的能源能满足人们的需求呢?化学在新能源的开发中起着什么样的作用呢?化学能能够转化为电能吗?这都是本节课要解决的问题,也正是学生关心的问题。本节课的重点是使学生更好的认识氢能的开发的意义,知道化学能能够转化为电能;难点是让学生理解化学能和电能之间的相互转化。

书,分析氢气作为新能源的局限性引导学生提出改进的氢气的不足之处 投影且解释氢能循环系 统 引出电池 展示电池实物且解剖 设问:电池中的电能是如何产生的呢? 引出化学电池的概念 指导学生完成趣味实验和已经学过的知识壹且联系总结 强化学生环保意识问:材料壹说明了什么? 【幻灯片】材料二 问:材料二说明了什么? 【幻灯片】材料三 国际能源机构的统计,地球上的、天然气,石油、 煤供人类开采的年限,分别只有40年、50年和 240年。结合课本66页<地球上化石燃料使用年 限>的图表。 请想象壹下,如果没有新的能源被开发出来,我 们的生活会变成什么样? 化石燃料储量有限,它们仍曾在什么样的确定 呢? 【追问】化石燃料储量有限,不可再生,且污染 环境,我们的生活又离不开能源,面对这样的问 题,我们怎么办呢? 【再问】请结合生活,想想我们已经开发利用的 新能源有哪些呢? (小结)常见的新能源:风能、水能,太阳能、 地热能、潮汐能等 【过渡】新能源有很多优点,但也有缺点,以风 能为例,见见有哪些缺点? 受气候影响较大;不能运输;不能随身携带…… 那么有没有这样壹种新能源能克服这些缺点呢? 【新闻】2003年10月15日,我国自行研制的第 壹颗载人飞行航天器发射成功,将它送上太空的 运载火箭所使用的燃料就是液氢。 氢气作为能源和其他能源相比有什么优点呢?请 结合课本<活动天地>,从三个角度讨论这个问题: 制取氢气的原料 氢气燃烧的产物 氢气燃烧产生的热量。 【小结】氢气作为燃料的优点: 原料来源广泛,能够由水制得; 放热多; 飞机不能使用,电 灯电话不能使 用…… 污染环境 学生回答:开发新 能源 学生纷纷回答。 播报新闻二 学生小组讨论,回 答 见书,思考 做笔记 观察现象且记录。 指针偏转 踊跃发言 学生很感兴趣的 参和实验且观察 实验 电能,光能,热能 启示:电池不能随 便丢弃,集中处理我国的能源结构

化学与生活高考真题汇编

化学与生活高考真题汇 编 文件编码(008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256)

1. 化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关。下列说法不正确的是 ( ) A .光化学烟雾是氮氧化物受紫外线照射后与空气中的一些碳氢化合物作用生成的一种有毒烟雾 B .“煤改气”、“煤改电”等清洁燃料改造工程有利于减少雾霾天气 C .绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理 D .航天飞机上使用的隔热陶瓷瓦,大多是以碳纤维做增强体的新型复合材料 1.绿色化学的核心是从源头上消除或减少污染;煤改后燃烧充分,不易产生固体颗粒。 2.下列有关物质性质的应用错误的是( ) A .药皂中加入少量苯酚有杀菌消毒的作用 B .明矾能水解生成Al(OH)3胶体,可用作净水剂 C .为防止月饼等富脂食品氧化变质,常在包装袋中放入生石灰 D .NaHCO 3受热能分解产生CO 2气体,在食品工业中可作为焙制糕点的膨松剂 2.生石灰没有还原性,一般加还原铁粉防氧化。 3.国际能源网报道:金属燃料可能成为新能源,可能带来结束化石能源时代的希望,是一种理想的储能方式。下列说法不正确的是( ) A .纳米金属燃料更易点燃 B .铁作燃料时,可用磁性材料吸引生成物,便于产物分离 C .镁可以通过2Mg +CO 2=====点燃2MgO +C ,达到既节能减碳又释放能量的效果 D .可从海水中提取氯化镁,使其分解获得镁并释放出能量 4.生活中处处有化学,下列表述不正确的是( )

A.严禁乱弃废电池,防止重金属污染土壤和水源 B.皮肤沾有油脂时,立即用氢氧化钠稀溶液擦洗 C.硅酸钠的水溶液俗称水玻璃,是制备硅胶和木材防火剂的原料 D.用含橙色酸性重铬酸钾的仪器检验酒驾,利用了乙醇的挥发性和还原性5.下列说法不正确的是( ) A.有科学家称硅是“21世纪的能源”,主要是因为作为半导体材料的硅在太阳能发电过程中具有重要的作用 B.浓硝酸在光照条件下变黄,说明浓硝酸易分解生成可溶于硝酸的有色产物C.漂白粉既可作漂白棉、麻、纸张的漂白剂,又可用作游泳池及环境的消毒剂D.铝热反应常被用于野外焊接钢轨,说明铝的氧化性很强 溶于硝5. 太阳能电池板的主要材料就是单质硅,A项正确;硝酸分解生成的NO 2 酸,使硝酸呈黄色,B项正确;漂白粉无毒,且性质较稳定,其杀菌消毒和漂白的性质被广泛地应用,C项正确;铝热反应利用的是铝的强还原性,D项错误。6.下列说法不正确的是( ) ①铝和铜具有良好的导电性,所以电工操作时,可以把铜线和铝线拧在一起②汽车尾气中含有能污染空气的氮氧化物,主要是汽油燃烧不充分造成的③用新悬浊液可检验病人尿液中是否含有葡萄糖④某雨水样品放置一 制备的Cu(OH) 2 段时间后,pH由变为,是因为水中溶解了较多的CO ⑤明矾可以用于净水,主 2 要是由于铝离子水解生成的氢氧化铝胶体有净水作用 A.②③⑤B.①②④ C.①③④D.③④⑤

化学与能源(选修交的小论文)

化学与能源 一、内容摘要。 化学与能源从各自诞生之日起就起着相互体现相互促进的作用。通过上学期专业选修发电厂导论和本学期从分子水平看世界的课程的学习,对化学与能源的历史发展时期以及每个时期内二者的内容有了全新的认识。当然,具体而深入的研究还得等大二大三随着学习的深入慢慢进行。现在只能凭着浅薄的知识略谈一二,望老师谅解。 二、关键词:化学能源发展火力发电新能源 三、正文。 (一)化学的发展史和能源化学 古时候,为了他们的生存,在与的种种灾难进行抗争中,发现和利用了火。原始人类从用火之时开始,由野蛮进入文明,同时也就开始了用化学方法认识和改造天然物质。燃烧就是一种化学现象。掌握了火以后,人类开始食用熟食;继而人类又陆续发现了一些物质的变化,如发现在翠绿色的等铜矿石上面燃烧炭火,会有红色的铜生成。这样,人类在逐步了解和利用这些物质的变化的过程中,制得了对人类具有的产品。人类逐步学会了制陶、冶炼;以后又懂得了酿造、染色等等。这些有天然物质加工改造而成的制品,成为古代文明的标志。在这些生产实践的基础上,萌发了古代化学知识。后来在中国出现了炼丹术,到了公元前2世纪的时代,炼丹术已颇为盛行,大致在公元7世纪传到国家,与相融合而形成阿拉伯炼丹术,阿拉伯炼丹术于传入欧洲,形成欧洲炼金术,后逐步演进为近代的化学。16世纪开始,欧洲工业生产蓬勃兴起,推动了医药化学和冶金化学的创立和发展,使炼金术转

向生活和实际应用,继而更加注意物质化学变化本身的研究。1775年前后,用定量化学实验阐述了燃烧的,开创了定量化学时期,使化学沿着正确的轨道发展。19世纪初,英国化学家提出近代,突出地强调了各种元素的原子的质量为其最基本的特征,其中量的概念的引入,是与古代原子论的一个主要区别。近代原子论使当时的化学知识和理论得到了合理的解释,成为说明化学现象的统一理论。接着意大利科学家提出分子概念。自从用来研究化学,化学才真正被确立为一门科学。 由此可见,化学一开始的产生就是跟能量、能源有着不可磨灭的千丝万缕的联系了。通过我们专业的发电厂概论的学习我们知道,直到现在,人们主要使用的化石燃料其本质还是利用燃料燃烧产生的热能来加热水产生高温蒸汽,然后利用蒸汽带动汽轮机转动做切割磁感线运动从而产生电能,传送给世界上的千万家庭。燃烧,就是化学中的一个重要现象。当然,实际上的化学能与热能电能之间的转化并没这么简单,我们在转化过程中还得研究如何提高能源转化的效率、如何减少转化过程中对环境的污染、如何在循环工作中保证催化剂和设备等硬件设施的正常运转与保养等等,一系列亟待解决的问题,都跟化学密不可分。 此外,除了火力发电,新能源也是与化学同在的一个新世纪的重要课题。之前的新闻中看到科学家们在致力于研究能将水迅速大量分解为氧气和氢气的催化剂,还有的在研究利用生物质能发电,或者垃圾发电,这些都与化学息息相关。而且我国也在发展新能源尤其是生物质能发电的方面有很大进展,全国很多地方电厂都已经引入这一项技术,诸如利用玉米等作物发电等等,已初见成效。相信随着化学这门基础学科的飞速发展,新能源一定能在未来

化学与社会

化学与社会 文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

环境污染对社会的影响及应对措施 摘要:本文从环境污染的几大类及对人类造成的危害谈起,地讲解了环境污染的定义,介绍了其对社会造成的影响,并从加强环境监管力度、政府在环境保护中的职责、完善环境宣传和机制及提高全体社会成员的环境意识等几个方面论述了如何完善环境保护,维护生态环境,保证人类身心健康。 关键词:环境污染大气污染海洋污染噪声污染机制建设 环境污染是指人类直接或间接地向环境排放超过其自净能力的物质或能量,从而使环境的质量降低,对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。具体包括:大气污染、海洋污染、噪声污染、放射性污染等。随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高,环境污染也在增加,特别是在发展中国家。 一、大气污染 大气污染是指大气中污染物浓度达到有害程度,超过了环境质量标准的现象。凡是能使空气质量变坏的物质都是大气污染物。大气污染物目前已知约有100多种。按其存在状态可分为两大类,一种是气溶胶状态污染物,另一种是气体状态污染物。气溶胶状态污染物主要有粉尘、烟液滴、雾、降尘、漂尘、悬浮物等。气体状态污染物主要有以二氧化硫为主的硫氧化合物,以二氧化氮为主的氮氧化合物,以二氧化碳为主的碳氧化合物以及碳、氢结合的碳氢化合物。大气中不仅含无机污染物,而且含有机污染物。随着人类不断开发新的物质,大气污染物的种类和数量也在不断变化着。空气中的主要污染物是碳氧化合物、硫氧化合物、氮氧化合物及氯氟烃类等,这些污染物对人体对生物的危害是十分可怕的。因此,我

们必须加强防治,减少污染,保护人类。碳氧化合物主要来自矿物燃料的释放而产生,如汽车;摩托,以及工业生产中化工原料的燃烧,二氧化碳能强烈吸收太阳光的红外线,使地球表面气温升高,造成所谓的“温室效应”,改变并破坏了生态平衡,一氧化碳与血红蛋白的亲合力为氧气与血红蛋白亲合力的210倍,因而它使血红蛋白丧失输氧的能力而引起组织缺氧导致头痛、神经麻痹,甚至危及生命。由于大气层的二氧化碳的急剧增加,如果不治理,吸收二氧化碳的海洋表层将达到饱和,森林被大面积砍伐,据统计,到2057年世界的热带雨林可能全部消失,使空气中的二氧化碳不能充分吸收,在未来的100—150年间,大气层中的二氧化碳增加20%,平均气温提高℃,到21世纪末,地球上的平均气温升高5至6℃,那时地球上将无现在的冬天。因此,我们应重视其治理。 二、海洋污染 海洋污染是指有害物质进入海洋环境而造成的污染。可损害生物资源,危害人类健康,妨碍捕鱼和人类在海上的其他活动,损坏海水质量和环境质量等。海洋污染物依其来源、性质和毒性,可分为以下几类:①石油及其产品(见海洋石油污染)。②金属和酸、碱。包括铬、锰、铁、铜、锌、银、镉、锑、汞、铅等金属,磷、砷等非金属,以及酸和碱等。它们直接危害海洋生物的生存和影响其利用价值。③农药。主要由径流带入海洋。对海洋生物有危害。④放射性物质。主要来自核爆炸、核工业或核舰艇的排污。⑤有机废液和生活污水。由径流带入海洋。极严重的可形成赤潮。⑥热污染和固体废物。主要包括工业冷却水和工程残土、垃圾及疏浚泥等。前者入海后能提高局部海区的水温,使溶解氧的含量降低

化学与能源思考题与习题解答

第十章化学与能源 思考题与习题解答 1. 下列说法是否正确?如不正确,请说明原因。 (1)煤的气化是指在隔绝空气条件下加强热,使煤中有机物转化成焦炭和可燃性气体的过程。 答:错,煤的气化是指在氧气不足的条件下进行部分氧化,使煤中有机物转化成可燃性气体的过程。 (2)煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为CO和SO2,石油(汽油)在燃烧过程中产生的主要污染物为CO,因此石油产生的污染比煤炭轻。 答:不确切,煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为SO2、NO x和CO,石油(汽油)在燃烧过程中产生的主要污染物为CO、NO x和HC,相对而言,石油产生的污染比煤炭轻。(3)汽油的辛烷值分布在0~100之间,并对应于汽油的标号,80号的汽油表示汽油中含有80%辛烷和20%的其他烃类。 答:错,汽油的辛烷值可衡量汽油的抗震性,并对应于汽油的标号,80号的汽油表示该汽油的抗震性相当于80%异辛烷和20%的正庚烷混合物的抗震性。 (4)为了避免含铅汽油对大气的污染,近年来世界各国普遍采用了甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME)取代四乙基铅作汽油添加剂。 答:不确切,甲基叔丁基醚(MTBE)添加剂在某些国家(如美国)已被禁止使用。(5)发展核能是解决目前能源危机的重要手段,近年来北欧和我国政府均采取了积极的态度,加快核电站的建设。 答:不确切,欧美大部分发达国家,基本上停建核电站或提前关闭核电站,北欧国家甚至通过立法,要求在2010年前关闭已有核电站。 (6)能引起环境污染的电池主要有铅蓄电池、镉镍电池、氧化汞电池等,由于锌、锰元素对环境的危害很小,因此锌锰电池是无污染电池。 答:错,在生产的锌锰电池时,为了防止电池中锌溶解释放氢气,常在电池糊状液中放入氯化汞。 (7)在燃料电池中并没有发生直接的燃烧反应,它通过原电池原理不断的将燃料直接转变为电能,这种电池能量转换效率高,理论上可达100%。 答:正确 2. 填空题 (1)化石燃料包括煤、石油和天然气,我国是以煤消费为主的国家。(2)煤是由古代植物转化而来的,煤的煤化过程包括了植物残骸→腐殖质→泥煤→褐煤→烟煤→无烟煤阶段,若根据煤化的程度不同可将煤分为四类,若根据煤炭中硫的含量不同又可将煤分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤四类。

化学与社会发展

化学与社会发展 四川李良 三. 合成材料 (一)考点精要 1. 了解天然材料和合成材料。 2. 认识新材料的开发与社会进展的紧密关系。 (二)05、06年中考的特点 1. 从促进社会进展的角度动身,结合现实生活中的常见材料,考查对合成材料的识别及其性质、用途的认识,使同学们初步了解化学对社会进展的庞大奉献。 例1. (06,昆明)有机合成材料的显现是人类材料进展史上的一次重大突破,下列叙述错误的是() A. 塑料、纤维、橡胶均属于有机合成材料 B. 热固性塑料可用作炒菜锅的手柄 C. 合成纤维的强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀 D. 合成橡胶可用于生产汽车轮胎 点评:本题考查对合成材料的综合认识,突出了化学与社会进展的重要关系,从而使同学们认识到化学学习的重要性。纤维和橡胶均有天然和合成之分,故A错误;热固性塑料一经加工成型就可不能受热熔化,可用作炒菜锅的手柄,故B正确;C叙述的是合成纤维的性质,D叙述的是合成橡胶的用途,均正确。 答案:A 2. 结合材料科学的最新研制成果,考查对新材料的认识,增强同学们学好化学的自信心。 CO合成了可降解塑料例2. (05,南京)据CCTV《科技博览》报道,2004年中科院用 2 聚二氧化碳。下列说法正确的是() A. 二氧化碳属于氧化物 B. 聚二氧化碳属于高分子化合物 C. 聚二氧化碳确实是干冰 D. 聚二氧化碳的使用会产生白色污染 CO的组成可判定它属于氧化物,点评:本题结合最新科技成果考查塑料及相关知识。由 2 故A对;聚二氧化碳是大量二氧化碳分子集合成的可降解塑料,属于高分子化合物,故B对;

CO,是无机物,故C错;聚二氧化碳属于可降解塑料,可不能产生白色污染,干冰是固态 2 故D错。 答案:A、B 3. 从实际生活中猎取命题素材,从能力立意动身,命题上注重生活体会与化学知识的有机融合,重视培养同学们应用所学知识解决实际问题的能力,让同学们认识到化学无处不在。 例3. (06,成都)某品牌男士休闲西服标签的部分内容如下,请依照标签提供的信息,回答下列问题: (1)西服成分中,属于合成纤维的是_______________; (2)在面料中加入涤纶的作用是(任答一条)_______________; (3)从熨烫标准估量,羊毛、涤纶这些纤维材料具有的特点是_______________; (4)从面料和里料中各抽出一线头,点燃,可观看到的现象是: 面料:_________________________________; 里料:_________________________________。 点评:本题取材于实际生活,考查天然纤维和合成纤维的性质、区别,培养了同学们猎取标签信息及运用所学知识解决实际问题的能力。解答本题还需要一定的实际体会,否则不易作答。从标签的成分分析,羊毛属于天然纤维,涤纶属于合成纤维;涤纶有耐磨性;羊毛、涤纶不耐高温;面料中含有羊毛,羊毛含蛋白质,灼烧有烧焦羽毛味,里料是涤纶,燃烧后熔化成黑色小球。 答案:(1)涤纶(2)增加面料的耐磨性等(3)不耐高温 (4)有烧焦羽毛气味熔化成黑色小球 (三)07年中考考向推测 1. 紧密联系现代生活实际,结合新材料的开发,考查同学们对有机物及有机合成材料的识别及其性质和用途的认识,专门是一些新型合成材料如隐身材料、复合材料等的认识,表达化学与社会进展的关系。 2. 白色污染的缘故、危害及防治一直是中考的重点,通过这些知识的考查,充分认识合成材料的两面性,提高同学们的环保意识。 (四)复习建议

化学与社会生活高考试题集

化学与社会生活高考试题集

化学与社会生活高考试题集 1.(2006年江苏理科综合试卷)大气中的臭氧层可使人类和其他生物免受紫外线的危害,人为因素可能使臭氧层受到破坏.下列因素可破坏臭氧层的是()A.SO 2 的排放 B.制冷剂氟氯烃(商品名氟利昂)的泄漏 C.C0 2 的排放 D.燃料的不完全燃烧 2.(2006年四川理科综合卷)下列物质中,属于“城市空气质量日报”报道的污染物是( ) A N 2 B SO 2 C CO 2 D CO 3.(2006年天津理科综合卷)引起下列环境污染的原因不正确的是( ) A、重金属、农药和难分解有饥物等会造成水体污染 B、装饰材料中的甲醛、芳香烃及氡等会造成居室污染 C、SO 2、NO 2 或CO 2 都会导致酸雨的形成 D、CO 2 和氟氯烃等物质的大量排放会造成温室效应的加剧 4.(2006年北京理科综合卷)下列说法正确的是( ) A、乙醇和汽油都是可再生能源,应大力推广“乙醇汽油” B、钢铁在海水中比在河水中更易腐蚀,主要原因是海水含氧量高于河水 C、废弃的塑料、金属、纸制品及玻璃都是可回收再利用的资源 D、凡含有食品添加剂的食物对人体健康均有害,不宜食用 5.(2006年广东化学卷)下列表述正确的是( ) ①人造刚玉溶点很高,可用作高级耐火材料,主阿成分是二氧化硅 ②化学家采用玛瑙研钵摩擦固体反应物进行无溶剂合成,玛瑙的主要成分是硅酸盐 ③提前建成的三峡大坝使用权了大量水泥,水泥是硅酸盐材料 ④夏天到了,游客佩戴由涂加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变化眼科来保护眼睛 ⑤太阳能电池可采用硅材料制作,其应用有利于环保、节能 A ①②③ B ②④ C ③④⑤ D ③⑤ 6.(2006年广东化学卷) 下列叙述正确的是( ) A、酶具有很强的催化作用,胃蛋白酶只能催化蛋白质的水解,348K时活性更强 B、医疗上的血液透析利用胶体的性质,而上壤保肥与胶体的性质无关 C、银制品久置干燥空气中因电化学腐蚀使表面变暗, D、C 60 是由60个碳原子构成的形似足球的分子,结构对称,稳定性好 7.(2006年江苏化学卷) 空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持。下列措施不利于“蓝天工程”建设的是 A、推广使用燃煤脱硫技术,防治SO 2 污染 B、实施绿化工程,防治扬尘污染 C、研制开发燃料电池汽车,消除机动车尾气污染 D、加大石油、煤炭的开采速度,增加化石燃料的供应量 广西柳州市三江中学高三化学备课组编制 2

学习《化学与社会》的感受

学习《化学与社会》的感受 姓名:学号: 单位:邮编:邮箱: 摘要:化学涉及各行各业,对人类社会的发展起着巨大的作用,小到人们的衣食住行,大到一个国家的独立和强盛。就大的方面来说,一个国家的独立和强盛,需要军事、经济力量做后盾,而化学在这两方面都功不可没,化石燃料的使用推动时代前进的步伐,新能源的出现和逐渐普及,也缓和着石油危机等风险,材料的再利用更是减少了浪费资源的境况,这些都使我们的社会变得更加稳定和谐。随着社会的前进,化学的研究也将不断深入,我们还会了解更多的未解之谜,完成更多的科学探索。 关键词:社会发展,环境污染,能源,地位作用 正文概述:化学在社会发展中的地位和作用是十分重要的,我们都不可避免的接触化学,这门学科的各个分支也各有其特点与重要作用。更重要的是化石燃料的应用,它是 人们拥有了更美好的生活。总之,化学无处不在,不断地为我们的社会作出了巨 大的贡献。 思想主张:化学是一门中心科学,它与社会发展各方面的需要都有密切联系。 论述: 人类生活的各个方面,社会发展的各种需要都与化学息息相关。从我们的衣、食、住、行来看,色泽鲜艳的衣料需要经过化学处理和印染,丰富多彩的合成纤维更是化学的一大贡献。要装满粮袋子,丰富菜篮子,关键之一是发展化肥和农药的生产。加工制造色香味俱佳的食品,离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、调味剂和色素等等,它们大多是用化学合成方法或用化学分离方法从天然产物中提取出来的。现代建筑所用的水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料等材料都是化工产品。用以代步的各种现代交通工具,不仅需要汽油、柴油作动力,还需要各种汽油添加剂、防冻剂,以及机械部分的润滑剂,这些无一不是石油化工产品。此外,人们需要的药品,洗涤剂、美容品和化妆品等日常生活必不可少的用品也都是化学制剂。可见我们的衣、食、住、行无不与化学有关,人人都需要用化学制品,可以说我们生活在化学世界里。 从社会发展来看,化学对于实现农业、工业、国防和科学技术现代化具有重要的作用。农业要大幅度的增产,农、林、牧、副、渔各业要全面发展,在很大程度上依赖于化学科学的成就。化肥、农药、植物生长激素和除草剂等化学产品,不仅可以提高产量,而且也改进

浅议化学与生活

浅议化学与生活 发表时间:2012-11-29T16:01:42.623Z 来源:《新疆教育》2012年第10期供稿作者:魏秋霖 [导读] 化学是一门基础自然科学,它是人类认识世界、改造世界的锐利武器。 吉林省榆树市弓棚镇高级中学魏秋霖 化学是一门基础自然科学,它是人类认识世界、改造世界的锐利武器。目前化学科学已经渗透到国民经济的一切技术领域,它在为人类提供丰美的食品、丰富的能源、品种繁多的材料、治疗疾病的医药,以及保护人类的生存环境等方面起了巨大的作用。中学生是未来的公民,他们应该学习化学,具备一定的化学知识,为他们今后投身社会能够正确的认识和解决与化学有关的社会问题、参与社会决策做准备。因此,化学课程必须面向社会生活。所以,我个人认为,在化学课堂教学中,教师应从以下几个方面着手,在坚持教好化学知识的同时,不断地把已有的或新接受的化学知识与日常社会实际相联系,给学生以“学习是为了更好地认识与改造社会”的认识,从而进一步激发他们的学习热情,调动他们的学习情趣,最终达到他们主动、深入地学习,提高自身综合素质。 1 贯穿化学史教育,培养学生的综合素质 我国著名化学家傅鹰说过:“化学可以给人以知识,化学史可以给人以智慧”。教学过程中穿插化学史既有利于学生更好地掌握化学基础知识,而且对学生也能进行爱国主义和辩证唯物主义教育,促进学生的德与智共同发展,从而有利于培养学生的综合素质。如:逻辑思维和科学研究的热情,包括:求实、批判、创新等内涵。再如:化学的发展史,尤其是我国的化学发展史,从拉瓦锡的燃烧学说到道尔顿的原子学说,从门捷列夫的元素周期表到我国的杰出制碱科学家候德榜,到诺贝尔化学奖的科学家李远哲。以伟人的事迹感染学生,培养他们的意志品质,鼓励他们求实创新。 2 以化学工业内容教学为基础,引导学生走出课本,接触社会 现行中学化学教材中有许多与化学工业有关系的内容,这些内容若不能很好地加以处理,而是简单地照本宣科,学生的学习就会很枯燥、乏味,也不能很好地把学生的学习引入广阔的社会生活实践中来,更不能由此激发他们的求知欲。高中课本中的工业问题主要有:硫酸工业、硝酸工业、炼铁工业、炼钢工业、水泥工业、铝的冶炼、氯碱工业、石油产品概述、煤的综合利用等等。在课堂教学中应当尽可能地引导学生自己深入地去思考一些问题,尤其是偏远地区的学生,因为他们对工业生产了解很少。在进入工业内容学习时,先让学生在已有的对工厂的认识的基础上去预测所学内容中可能遇到的问题。如:生产规模、经济效益、原料及其处理、运输、厂址选择、副产品及其应用、环境污染及其应对措施等问题。这些问题虽然大而庞杂,但若能全面考虑也能很好地培养他们的思维方式,从而激发他们的学习热情,鼓励他们更多地接触生活,了解社会。当然,教师还要给予适当的帮助,安排一些当地的化学工业考察或观看录像等手段。 3 把化学教学与社会生活常识相联系,着力提高学生化学兴趣 化学的实用性表现在它与人们的生活紧密联系。众所周知,我们周围的事物都是由许许多多的化学元素组成的,包括我们人体不可缺少的许多元素。化学在人类的生产和生活中发挥了不可估量的作用。教学过程中应充分重视这一特点,使学生觉得学有所得、学有所用,从而引导学生学化学,用化学。如洗涤剂是含磷的化合物,广泛应用于人们清洗器具、纺织、造纸、农药等部门;用磺铁矿燃烧制硫酸,作为重要的化工原料;用“王水”检验金子是否纯;用酸洗去水垢;用汽油乳化橡胶做粘合剂;用氢氟酸雕画玻璃。生活中,化学的频繁使用不是举例能举完的,它已与生活紧密联系在一起。 在介绍与社会生活内容相关联的化学知识时,还应适当地去启发学生,诱导学生用化学科学的眼光去观察生活,甚至结合其他学科知识来思考现实中的问题,如中学课本中讲到硫酸钡可用于钡餐,可以问学生钡餐喝卞去在医院里是如何检查的,为什么可以在X 光下检查胃及消化道是否发生病变,硫酸钡对人体是否有毒,硫酸钡最后怎样排出体外的等,从而激发他们去观察去思考去调查。 4 以环境保护知识教育为契机,使学生逐步养成关注生活、关注社会意识,增强他们的社会责任感 随着科学技术的发展,环境状况恶化问题日显突出。在全球十大环境问题中,有七个是与化学直接相关的,其余的三个也与化学间接相关。化学日益与人类生存的自然环境状况紧密地联系在一起,而在发展的同时破坏了自然生态平衡。同时,人们也认识到,环境问题的解决要依靠科技进步和人文思想的觉醒,很多环境污染的治理要依靠化学方法,从而促进了化学的深层次发展。这些问题教师可以适时地与课本知识相联系,引导学生关注社会、社会生活,增强他们的社会责任感。 5 结合课本,介绍高新科技的发展,激励学生为社会发展人类进步作贡献 化学与其他理工科一样,作为自然科学,教学内容具有较大的稳定性,但社会却又是瞬息万变的。这就要求我们教师具有时代气息,能结合时代要求。在生活中我们常可以接触到一些新产品和新材料,我们可以适时地鼓励学生去了解这些产品或材料的组成部分、制造方法、主要用途以及它们的副作用。比如日常生活中塑料包装代最初生产出来时,以它方便、快捷的作用深得人们的青睐,而目前其降解难的问题却深深困扰着人们,多鼓励学生去作一些深层次的探讨。 结合社会生活的化学教学,才不致于脱离生活,不致于培养出只会读书的“人才”。我们在教学中应适时地适当地启发学生去关心身边的事,关心他们生活生存的空间,提高综合素质,使其成长为真正有益于社会的栋梁。

化学与社会发展(一)

化学与社会发展(一) 化学科学的发展,增进了人类对自然的认识,促进了社会的进步。但某些化学现象可能影响人类的生活和社会的可持续发展,因而正确认识化学与社会发展的关系是十分重要的。 本主题主要内容包括与化学密切联系的材料、能源、健康、环境等,知道自然资源并不是‘‘取之不尽,用之不竭”的;认识人类要合理地开发和利用资源,树立保护环境、与自然和谐相处的意识,保证社会的可持续发展。 在学习中,要注意用大量具体的真实事件体会化学与社会发展的关系,认识学习化学的重要性。(一)化学与能源和资源的利用 【知识体系】 1.认识燃料完全燃烧的重要性,了解使用氢气、天然气(或沼气)、石油液化气、酒精、汽油和煤等燃料对环境的影响,懂得选择对环境污染较小的燃料。 2.认识燃烧、缓慢氧化和爆炸的条件及防火灭火、防范爆炸的措施。 3.理解水对生命活动的重大意义,认识水是宝贵的自然资源,形成保护水资源和节约用水的意识。 4.知道化石燃料(煤、石油、天然气)是人类社会重要的自然资源,了解海洋中蕴藏着丰富的资源。 5.知道石油是由沸点不同的有机物组成的混台物,了解石油液化气、汽油、煤油等都是石油加工的产物。 6.解我国能源与资源短缺的国情,认识资源综合利用和新能源开发的重要意义。 【情景素材】 ·不同材料引起的火灾与自救 ·城市‘环保汽车”的兴起 ·沼气、天然气.“西气东输”工程 ·海底深处的“可燃冰” ·海水的综合利用 ·原油泄漏对生态环境的危害及其处理 ·中国的化石能源 ·中国的水资源危机 【学习建议】 1.观察某些燃料完全燃烧和不完全燃烧的现象。 2.燃烧条件的实验探究。 3.讨论:在氢气、甲烷(天然气、沼气)、煤气、酒精、汽油和柴油中,你认为哪一种燃料最理想? 4.交流并解释日常生活中常见的燃烧、缓慢氧化和爆炸等现象。 5.比较原油常见馏分的某些物理性质及其燃烧的情况。 6.调查当地燃料的来源和使用情况,提出合理使用燃料的建议 【经典名题】 例1(1999.黑龙江竞赛)刚开始燃烧不久的煤火上洒少量的水,火变暗甚至熄灭,向烧旺的煤火上洒少量的水,火苗更旺.请解释其原因. 例2(2002.江苏省竞赛)据新华社2002年3月10日报道,山东海洋大学模拟海底条件,用甲烷与水合成了每分子带有几个结晶水分子的可燃冰,并且点燃了它,为我国开发利用海底可燃冰创造了条件.试写出合成、点燃可燃冰的化学方程式: (1)合成; (2)点燃. 例3(2002.全国竞赛)2001年11月,美军为打击躲藏在阿富汗山洞中的恐怖分子,使用了一种名为BLU 一82的高效能燃料空气炸弹.这种炸弹爆炸时,除产生高温外,还可使山洞内的氧气耗尽,使其中的所

高考化学常识 化学与生活 专题训练

化学常识专题 1.化学在工农业生产和日常生活中都有重要应用。下列叙述正确的是()A.葡萄糖和蛋白质等高分子化合物是人体必需的营养物质 B.将草木灰和硫酸铵混合施用,肥效更高 C.用二氧化碳生产聚碳酸酯可以减少碳排放,以减缓温室效应 D.棉花的主要成分是纤维素,石英玻璃、陶瓷和水泥均属于硅酸盐产品 2.化学与社会、生活密切相关。对下列现象或事实的解释正确的是 3.化学与生产、生活密切相关。下列说法正确的是( ) A.现代科技已经能够拍到氢键的“照片”,直观地证实了水分子间的氢键是一个水分子中的氢原子与另一个水分子中的氧原子间形成的化学键 B.在食品袋中放入盛有硅胶和铁粉的透气小袋,可防止食物受潮、氧化变质C.将单质铜制成“纳米铜”时,具有非常强的化学活性,在空气中可以燃烧,说明“纳米铜”的还原性比铜片更强 D.磨豆浆的大豆富含蛋白质,豆浆煮沸后蛋白质变成了氨基酸 4.许多物质与身体健康有着密切关系,请结合所学知识,判断下列叙述中错误 ..的是( ) A.缺镁易患心血管病,缺碘易患甲状腺肿大 B.在医疗上FeCl3常用作止血剂,ZnSO4常用作收敛剂 C.葡萄糖、食盐、味精均可作食品添加剂 D.苏丹红是一种呈红色的有机物,能当作辣椒红色素用于食品加工 5.下列做法与可持续发展宗旨相违背的是 A.加大清洁能源的开发利用,提高资源的利用率 B.用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料,可以实现“碳”的循环利用 C.加大铅酸蓄电池、含汞锌锰干电池的生产,满足消费需求D.对工业废水、生活污水净化处理,减少污染物的排放 6.下列有关“化学与生活”的叙述不正确 ...的是() A.烧结粘土制陶瓷涉及化学变化 B.加工后具有吸水性的植物纤维可用作食品干燥剂 C.点燃爆竹后,硫燃烧生成SO3 D.服用阿司匹林出现水杨酸反应时,用碳酸氢钠溶液解毒 7.下列说法正确的是 A.目前已被使用的高性能通信材料光导纤维的主要原料是硅 B.在医疗上,碳酸钠是治疗胃酸过多症的一种药剂 C.从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中可以提取银 D.空气中的二氧化碳是造成光化学烟雾的主要因素 8.化学与人类生产、生活、社会可持续发展密切相关,下列说法正确的是 A.凡含有添加剂的食物对人体健康均有害,不宜食用 B.硅胶可用作食品干燥剂 C.“天宫一号”使用的碳纤维,是一种新型有机高分子材料 D.工业上燃烧煤时,加入少量石灰石是为了减少CO2的排放 9.下列关于化学与能源、环保等相关说法正确的是 A.太阳能光电池的的主要成份是单质硅 B.核电站泄漏的放射性碘-131131 53 ()I、铯-137137 55 () Cs互称同位素 C.汽车尾气污染物中含有的氮氧化物,是汽油不完全燃烧造成的 D.某雨水样品放置一段时间后pH由变为,是因为吸收了CO2 10.化学在工农业生产和日常生活中都有着重要的应用。下列说法错误的是( ) A.利用催化设施,可以将汽车尾气中CO和NO转化为无害气体 B.半导体行业中有一句话:“从沙滩到用户”,计算机芯片的材料是二氧化硅C.锅炉水垢中含有的CaSO4,可先用Na2CO3溶液处理,后用酸除去 D.防止酸雨发生的重要措施之一是使用清洁能源 11.化学与生产、生活密切相关。下列叙述错误的是 A.大气中比表面积大,吸附力强,能吸附许多有毒有害物质 B.在厨房里可用米汤检验加碘食盐中的碘 C.14C可用于文物年代的鉴定,14C与12C互为同位素 D.喝补铁剂时,加服维生素C效果更好,原因是维生素C具有还原性 12.下列说法正确的是 A.大分子化合物油脂在人体内水解为氨基酸和甘油等小分子才能被吸收 B.现代科技已经能够拍到氢键的“照片”,直观地证实了水分子间的氢键是一个水

化学与生活的读书笔记

竭诚为您提供优质文档/双击可除化学与生活的读书笔记 篇一:《化学与生活》读后感 《化学与生活》读后感 《化学与生活》教材与社会的联系更加紧密,在教学过程中应注意根据实际情况,采用与其它教材不同的教学方式。具体来讲,在教学过程中有以下几点感想: 1.注重从各地的实际情况出发,选择合适的教学方式。 《化学与生活》教材强调的不是知识的广度及深度,而是学生在实际的生活情境中应用化学知识解决问题的能力。因此,在教学过程中应特别注意根据各地的实际情况选择合适的教学方式。 例如,在进行有关化肥、农药的安全使用时,农村学校可以安排学生采访化肥销售点,收集有关包装,在阅读说明的基础上总结出化肥的作用和使用注意点;而城市的学校则应通过各种媒体查阅资料,在课堂上进行交流讨论的方式进行教学活动。再如,在进行“空气质量的改善”部分的教学时,可安排学生走访各地的环保部门,了解本地的空气质量、

主要污染物及其来源,在此基础上提出改善空气质量的方案。 2.注重通过问题解决的方式展开教学活动 由于本教材主要围绕生活中与化学有关的问题加以展开,因此,其中涉及的一些化学原理与其它模块有一定的交叉,学生通过先前的学习已经有一定程度的了解。因此,在教学过程中应注意突出知识的应用性。通过问题解决的形式进行教学设计,不仅能促使学生了解一些生活现象,还能促使学生在解决问题的过程中认识学习化学的重要作用。 3.注重发展学生的参与意识和决策能力 社会问题的解决需要全体公民的参与。在《化学与生活》课程中,仅仅促使学生认识化学对社会发展所作的贡献以及由于人们对化学使用不当所带来的一些社会问题是远远不 够的,必须在促使学生在认识目前所遇到的社会问题,形成从我做起,为社会问题的解决作出力所能及的贡献的意识的同时,掌握适当的方法与原理,为社会问题的最终解决尽自己的力量。 在教学过程中,应该特别重视培养学生的参与意识与决策能力的培养。可以通过提出与学生生活密切相关的社会问题,引导学生在广泛讨论的基础上对应采取的方法有深刻的认识。鼓励学生带着问题调查研究,在分析讨论基础上提出解决问题的方案,在解决问题的过程中增强学生的参与意识和决策能力。

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