1、1生活与化学2生活与化学 能源能源是一种物质资源，是人类生存和发展的物质基础；能量是人类社会各种经济活动的原动力。能源的开发和利用是社会经济发展水平的重要标志。但是，随着社会的发展，能源的供需矛盾日趋尖锐。因此，如何合理地利用现有能源，开发新的能源是人类必须关注的一个重大社会问题。能源与化学能源与化学3生活与化学第一节第一节 概概 述述 一、能量的形态与转化 1.能量物质做功的本领。2.能量的形态：热、机、生、化、光、电、核。3.能量的转化：能源热能其它能(柴草柴草原煤原煤天然气天然气原油原油液化液化气气30生活与化学燃烧产物（从元素组成判断）燃烧产物（从元素组成判断）煤、石油：碳元素煤、石油
2、：碳元素 氢元素氢元素 氧元素氧元素 氮元素氮元素 硫元素硫元素二氧化碳、二氧化碳、一氧化碳、粉尘一氧化碳、粉尘水水氮的氧化物氮的氧化物二氧化硫二氧化硫天然气：天然气：(CH4)碳元素碳元素 氢元素氢元素二氧化碳、二氧化碳、一氧化碳一氧化碳水水思考：从节约能源、保护环境上来考虑应思考：从节约能源、保护环境上来考虑应提倡使用哪种燃料？提倡使用哪种燃料？31生活与化学化石燃料燃烧与环境污染化石燃料燃烧与环境污染1、全球气候变化、全球气候变化 温室效应温室效应2、热污染、热污染 局部区域的水温上升局部区域的水温上升3、大气污染、大气污染粉尘、酸雨、一氧化碳污染粉尘、酸雨、一氧化碳污染32生活与化学3
3、3生活与化学酸雨的危害酸雨的危害34生活与化学思考思考:地球上的矿物资源是有限的,总有一天会被完全消耗掉.我们如何解决人类所面临的能源短缺问题?35生活与化学解决方法解决方法：1、节约现有能源、节约现有能源2、加强能源的综合利用、加强能源的综合利用3、开发利用新能源、开发利用新能源36生活与化学地地 热热 能能潮潮 汐汐 能能风风 能能核核 能能水水 能能太太 阳阳 能能37生活与化学38生活与化学 借助于化学变化将化学能转化为电能的装置称化学电源。可分为：原电池(一次性电池)；蓄电池(二次性电池，可逆电池)；燃料电池第三节第三节 化学电源化学电源 39生活与化学 电池符号：（）Zn ZnCl
4、2，NH4Cl(糊)MnO2 C(石墨)（）电极反应:（）Zn(s)Zn2+2e-（）（）2MnO2(s)+2NH4+2e-Mn2O3(s)+2NH3(aq)+2H2O 电动势:1.5V。若用KOH代替NH4Cl制成碱性锌锰电池,可多次充、放电。1.锌锌-锰干电池锰干电池40生活与化学 电池符号：（）Zn Hg KOH(含ZnO)HgO Hg Pt（）电池反应:（）Zn(Hg)+2OH-ZnO+H2O+2e-（）HgO（s）+H2O+2e-Hg（l）+2OH-电动势:1.34V。电压稳定，可做成钮扣电池。2.锌锌-汞电池汞电池41生活与化学 1.铅蓄电池（铅酸蓄电池）电池符号：（）Pb|H2S
5、O4|PbO2（）充、放电反应:Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 特点：电压2.0V，电流0.5A。可短时大电流放电。酸易溢出，腐蚀性强。二、蓄电池二、蓄电池42生活与化学 铁-镍蓄电池 电池符号:（）Fe KOH（30%）Ni(OH)3()充放电反应：Fe 2Ni(OH)3 Fe(OH)3 Ni 特点是：重量轻、体积小、抗震好 银-锌蓄电池 电池符号:（）Zn KOH(40%)Ag2O Ag()充放电反应：Zn Ag2O H2O Zn(OH)2 2Ag 特点是：电压平稳 2.碱性蓄电池碱性蓄电池43生活与化学 以可燃物为负极反应物，氧或空气为正极反应物，以燃烧反应为电池反
6、应，如此构成的电池即燃料电池。理论上燃料电池能量转换可达100%，可用于建造大规模电站。是最洁净的电源。1.氢-氧燃料电池 电池符号：（）C H2 KOH(35%)O2 C()三、燃三、燃 料料 电电 池池44生活与化学电池反应：（）H2+2OH-2H2O+2e-（）O2+2H2O+4e-4OH-电池总反应:2H2+O2 2H2O 正极需加催化剂（Pt、Pd、Co2O3、Ag等）负极以活性炭多孔镍吸附H2。45生活与化学 电池符号：（）Pt CH3OH H2SO4 O2 Pt()电池反应:（）3/2O2+6H+6e-3H2O（）CH3OH+H2O CO2+6H+6e-CH3OH+3/2O2 C
7、O2+2H2O 可用工业甲醇；可用KOH代硫酸。3.其它燃料电池 2.甲醇甲醇-氧燃料电池氧燃料电池46生活与化学 煤、石油、天然气都是非再生的，它们的形成过程十分漫长，而它们的消耗却十分迅速。燃烧化石燃料向大气排放大量的“温室气体”、形成酸雨，并排放大量的烟尘，对环境造成了严重的破坏。能源危机正在逼近，人们不能不开发新的能源。一、氢 能 1.氢燃料的特点:无毒、无污染，最清洁；燃料来自水，燃烧产物是水，可永远循环使用；点火温度低，燃烧速度快，发热量大;H2可直接利用，也可间接使用，是方便燃料。第四节第四节 新能源新能源47生活与化学 2.氢燃料的制取 电解水：H2O H2+1/2O2 能量可
8、用太阳能、电能。热分解水：H2O H2+1/2O2（催化剂：Ca、Br2、Hg等。温 度：730-1000）光分解水：H2O H2+1/2O2 光电分解水：以n-型氧化钛为电极，在阳光下使水分解。48生活与化学 3.氢燃料的贮存 H2密度小，运输和贮存都是很大问题。液氢沸点低，常温下压力很大，对设备要求高。目前主要考虑贮氢金属。1999年，我国研制出的纳米碳管，是很好的贮氢材料。49生活与化学二、核能二、核能 目前唯一达到工业应用、可以大规模替代化石燃料的能源，就是核能。1942年12月2日第一座反应堆首次启动时，功率仅为0.5瓦。60年后，核能已占全世界总能耗的6。国际原子能机构公布，截至2
9、002年底，全世界共有441台核电机组在运行，2002年共生产电力2.574万亿千瓦小时，约占当年世界总发电量的17。其中，核发电量占本国总发电量比例最高的国家是立陶宛，达到80，其次是法国，达到79。50生活与化学 1.核裂变能把重核分裂成两个中等质量的核时，释放出大量的能量。此过程称核裂变。核裂变需有足够能量的中子的轰击，而U-235、Pu-239只需较 低能量的中子。因此,当前使用的核燃料主要是这两种。1.核裂变能核裂变能51生活与化学 例如：U-235在中子轰击下裂变为Ba-140和Kr-93同时产生多个中子，接着就会发生爆炸式的连锁反应 核裂变时出现质量亏损，亏损的质量转化为能量，遵
10、守爱因斯坦定律：E=mc2 E=mc2 其中 m=m（生成物）-m（反应物）按此式，1克U-235，核裂变能为-8.1107kJ，相当于3吨煤燃烧所放出的热量。核裂变产物大多具有放射性，尤其Sr-90。所以原料和产物的贮存、处理都要有严格的安全措施。52生活与化学 核聚变使很轻的核在异常高的温度下合成较重的核。核聚变时，放出更大的能量。按爱因斯坦公式，E=-1.698109 kJmol-11克氘(或氚)比1克铀产生的能量大得多。氘可由重水中得到。海水中重水达21020kg。核聚变资源极为丰富。但是,核聚变需足够高的温度(109 ),足够长的时间(1s)。而且要能人为控制不使爆炸。聚变不产生放射
11、性产物。2.核聚变能核聚变能53生活与化学 核能可以由两种不同的路线释放出来：重核裂变（爆裂），两个轻核聚变（化合）。二者都是由于产物有更高的结合能。聚变作用难于进行是因为核间彼此排斥，不象裂变作用那样。聚变不产生放射性产物。54生活与化学中国核能的历史、现状和未来发展中国核能的历史、现状和未来发展 一、中国和平利用核能的现状一、中国和平利用核能的现状1964年10月我国第一颗原子弹成功爆炸。上世纪80年代以来，以核电建设为重点，中国核能和平利用得到较快发展，规模不断扩大，科技水平不断提高，呈现了良好的发展势头。中国自主设计建设的第一座核电站秦山核电站于1991年建成投产，结束了中国大陆无核电
12、的历史。1994年建成投产的大亚湾核电站开创了中外合作建设核电站的成功范例。1996年开始，中国又自主设计建设了秦山二期核电站；与国外合作建设了岭澳核电站、秦山三期核电站和田湾核电站。截至2004年月，共有9台核电机组投入运行，总装机容量701万千瓦；建设中的江苏田湾核电站2005年全部建成投运，核电总装机容量达913万千瓦。55生活与化学 二、未来发展二、未来发展 为适应经济发展和满足能源不断增长的需要，实现经济、社会、生态环境的协调发展，必须加快核能的发展。中国把核电作为国家能源战略的重要组成部分，逐步提高核能在能源供应总量中的比例。在经济发达、电力负荷集中的沿海地区，核电将成为电力结构的
13、重要支柱。中国和平利用核能事业有着良好的发展前景。56生活与化学 太阳上进行的 反应是核聚变反应，每天质量变化4106吨，向空间辐射能量41023kJs-1，这些能量的万分之一足够人类消耗。地球每天接受的辐射能可达61018kJ。其利用可分：1.太阳能的直接利用 热能如太阳能集热器；电能太阳能电池。三、太阳能三、太阳能图 太阳能电池57生活与化学 太阳能的能量密度低；昼、夜、阴、雨变化较大，所以太阳能的贮存是个问题。2.太阳能的间接利用 风能、地热、海浪、水流等都来自太阳能。如：光合作用，潮汐发电，风力发电，水力发电等。58生活与化学 生物质能（biology energy）是目前用得最为广泛
14、的第四种能源，它占全球一次性能源需求量的14%。生物质能资源极为丰富，是一种无害的能源。生物质能源又称可再生有机质能源，诸如木材、薪草、藻类等。生物质能分布广，储量丰富，全球每年通过光合作用储存于植物的能量，大约是世界目前消费能量的17倍。各国都非常重视生物质能的开发利用。现代生物转换技术包括转换为电能和转换为固体燃料、液体燃料、气体燃料，小规模地取代矿物燃料。四、生物质能四、生物质能59生活与化学现代绿色能源现代绿色能源酒精和沼气酒精和沼气 1.绿色能源是一种生物质能源于太阳能，太阳光经过植物的光合作用转变成体内的生物质能，生物质能实质上是有机物的化学能。2.目前利用：主要燃烧，能源利用10%。3.发展方向：1）制取酒精或甲醇 2）制造沼气60生活与化学五五.合成新能源合成新能源一炭化学的使命一炭化学的使命1.一炭化学 指以分子中只含一个碳原子的化合物（如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等）为原料，用化工的方法制造产品的化学体系的总称2.主要产品 1）制氢 2）合成化工原料，如甲醇、烯烃61生活与化学 3.研究方法 1）催化法 CO2+CH4CO+H2 CO+H2CH3OH 目前主要是采用催化法，因此新型催化剂的开发成为工业发展的关键。2）射线法 放射线的特点是可以在常温常压下进行，但需依赖电子加速器的进步
