第1章 化学与能源.ppt

1、第一章第一章 化学与能源化学与能源生活中的化学生活中的化学 目目 录录能源概述能源概述化石燃料化石燃料核能核能化学电源化学电源节能和新能源的开发节能和新能源的开发生活中的化学生活中的化学 研究高效洁净的转化技术和控制低品研究高效洁净的转化技术和控制低品位燃料的化学反应位燃料的化学反应开发和利用新能源开发和利用新能源化学在能源开发和利用中扮演着重要的角色。化学在能源开发和利用中扮演着重要的角色。生活中的化学生活中的化学 1.1 1.1 能源概述能源概述 v能源：可以直接或经转换提供人类所需的光、能源：可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。热、动力等任一形式能量的载

2、能体资源。v人类生存和发展的重要物质基础，是从事各人类生存和发展的重要物质基础，是从事各种经济活动的原动力，也是社会经济发展水种经济活动的原动力，也是社会经济发展水平的重要标志。平的重要标志。生活中的化学生活中的化学 1.1.1 1.1.1 能源的分类能源的分类生活中的化学生活中的化学 绿色能源绿色能源 利用现代技术开发干净、无污利用现代技术开发干净、无污染的新能源；染的新能源；化害为利，将发展能源同改善化害为利，将发展能源同改善环境紧密结合。环境紧密结合。生活中的化学生活中的化学 1.1.2 1.1.2 能量的转化能量的转化 v 能源和能量既有联系又有区别。能源和能量既有联系又有区别。v 能

3、源的使用其实就是能量形式的转化过程。能源的使用其实就是能量形式的转化过程。生活中的化学生活中的化学 热力学第一定律热力学第一定律数学表达式：数学表达式：U=Q+WU=Q+W能量可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程能量可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中能量既不会消失也不会增加。中能量既不会消失也不会增加。U U体系内能的变化体系内能的变化Q Q体系从外界吸收的热量体系从外界吸收的热量W W外界对体系所做的功外界对体系所做的功生活中的化学生活中的化学 1.1.3 1.1.3 能源利用史能源利用史 火的发现火的发现1818世纪中叶世纪中叶第二次世界大战之后第二次世界大战之后化石能源的

4、枯竭化石能源的枯竭煤炭煤炭时期时期新能源新能源时期时期生活中的化学生活中的化学 1.1.4 1.1.4 世界能源消费概况世界能源消费概况 生活中的化学生活中的化学 1.1.5 1.1.5 中国能源消费概况中国能源消费概况 生活中的化学生活中的化学 我国能源资源的特点我国能源资源的特点 生活中的化学生活中的化学 1.2 1.2 化石燃料化石燃料 世界各国所需的燃料几乎全部来自化石燃料，世界各国所需的燃料几乎全部来自化石燃料，即煤、石油和天然气。即煤、石油和天然气。生活中的化学生活中的化学 1.2.1 1.2.1 煤煤v 分布不均匀，绝大部分分布不均匀，绝大部分都埋藏在北纬都埋藏在北纬3030以上

5、地区。以上地区。v 我国的煤炭储量排名世我国的煤炭储量排名世界第二。界第二。v 煤炭作为化石燃料是非煤炭作为化石燃料是非再生能源，按现在的开采速再生能源，按现在的开采速度估计，煤只能用几百年。度估计，煤只能用几百年。生活中的化学生活中的化学 2008-20092008-2009年中国煤炭价格走势年中国煤炭价格走势v 中国煤炭工业协会于中国煤炭工业协会于20092009年年1 1月月1414日发日发布布20082008年全国煤炭工业统计快报年全国煤炭工业统计快报。v 2008 2008年，煤炭价格经历了一场年，煤炭价格经历了一场“过山过山车车”式的行情。式的行情。v 2009 2009年上半年，

6、受供需影响，我国煤年上半年，受供需影响，我国煤炭价格基本保持在炭价格基本保持在20082008年末的水平。年末的水平。生活中的化学生活中的化学 1.1.煤的形成煤的形成v由古植物经过复杂的生物化学、物理化学和地由古植物经过复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成的固体有机可燃矿产。球化学作用转变而成的固体有机可燃矿产。生活中的化学生活中的化学 煤的形成煤的形成生活中的化学生活中的化学 煤田形成具备的条件煤田形成具备的条件 繁茂的植物以及植物死亡后大量残骸的堆积。繁茂的植物以及植物死亡后大量残骸的堆积。气候温暖潮湿以及为植物的繁茂生长创造的有气候温暖潮湿以及为植物的繁茂生长创造的有利条件利

7、条件适宜的植物残骸堆积地形。适宜的植物残骸堆积地形。地壳运动使植物残骸积聚，并逐渐被泥沙等沉积物地壳运动使植物残骸积聚，并逐渐被泥沙等沉积物覆盖，发生一系列生物化学和地球化学作用。覆盖，发生一系列生物化学和地球化学作用。生活中的化学生活中的化学 有机质有机质无机矿无机矿物质物质水分水分2.2.煤的化学组成煤的化学组成生活中的化学生活中的化学 煤的化学组成煤的化学组成硫硫碳碳氢氢氧氧氮氮磷磷砷砷氯氯煤中的有机质煤中的有机质生活中的化学生活中的化学 煤的化学组成煤的化学组成v由于各种煤的碳、氢、氧、氮和硫等主要的比例由于各种煤的碳、氢、氧、氮和硫等主要的比例不同，导致煤的组成结构不同。不同，导致煤

8、的组成结构不同。v煤的化学组成虽然各有差别，目前公认的平均组煤的化学组成虽然各有差别，目前公认的平均组成可用成可用C C135135H H9696O O9 9NSNS代表，此外也还有微量的其他非金代表，此外也还有微量的其他非金属和金属元素。属和金属元素。表表1-5 1-5 煤的主要化学组成及其含量煤的主要化学组成及其含量生活中的化学生活中的化学 煤的化学组成煤的化学组成许多研究者报道过不同的煤的化学结构模型，但还不许多研究者报道过不同的煤的化学结构模型，但还不能揭示出煤的实质结构。能揭示出煤的实质结构。煤是一种混合物，没有单一的分子结构，相对分子质煤是一种混合物，没有单一的分子结构，相对分子质

9、量为量为30030010001000。生活中的化学生活中的化学 煤的化学组成煤的化学组成生活中的化学生活中的化学 3.3.煤的综合利用煤的综合利用 煤的气化煤的气化煤的焦化煤的焦化煤的液化煤的液化一是，使煤转化为一是，使煤转化为清洁的能源清洁的能源二是，提取分离煤二是，提取分离煤中所含宝贵的化工中所含宝贵的化工原料原料生活中的化学生活中的化学（1 1）煤的气化）煤的气化煤在氧气不足的情况下进行煤在氧气不足的情况下进行不完全氧化，并通过不同的不完全氧化，并通过不同的气体介质气体介质(如空气、水蒸气、如空气、水蒸气、氧气或其他气体氧气或其他气体)将煤中有机将煤中有机质转化为含一氧化碳、氢、质转化为

10、含一氧化碳、氢、甲烷等可燃气体的过程。甲烷等可燃气体的过程。制取清洁的气体燃料制取清洁的气体燃料制取化工合成用的气体原料制取化工合成用的气体原料生活中的化学生活中的化学 主要化学反应过程主要化学反应过程 甲烷化反应甲烷化反应水煤气反应水煤气反应氧化燃烧反应氧化燃烧反应还原反应（发生还原反应（发生炉煤气反应）炉煤气反应）生活中的化学生活中的化学（2 2）煤的焦化）煤的焦化 也叫煤的干馏也叫煤的干馏,是把煤置于隔绝空气的是把煤置于隔绝空气的密闭炼焦炉内加热，生成固态的焦炭、密闭炼焦炉内加热，生成固态的焦炭、液态的煤焦油和气态的焦炉气。液态的煤焦油和气态的焦炉气。生活中的化学生活中的化学 煤的干馏产

11、物煤的干馏产物 生活中的化学生活中的化学（3 3）煤的液化）煤的液化 生活中的化学生活中的化学 直接液直接液化法化法间接液间接液化法化法2007在较高温度（大于在较高温度（大于400400）和较高压力（大）和较高压力（大于于10MPa10MPa）的条件下，通过溶剂和催化剂对）的条件下，通过溶剂和催化剂对煤进行加氢裂解而直接获得液化油。煤进行加氢裂解而直接获得液化油。煤的液化煤的液化使煤气化得到使煤气化得到COCO和和H H2 2等气体小分子，然后在等气体小分子，然后在一定的温度、压力和催化剂的作用下合成各一定的温度、压力和催化剂的作用下合成各种烷烃种烷烃(C(Cn nH H2 n+22 n+2

12、)、烯烃、烯烃(C(Cn nH H2 n2 n)和乙醇和乙醇(C(C2 2H H5 5OH)OH)、乙醛、乙醛(CH(CH3 3CHO)CHO)等等液态燃料。液态燃料。生活中的化学生活中的化学 1.2.2 1.2.2 石油和天然气石油和天然气 工业的血液工业的血液黑色的黄金黑色的黄金生活中的化学生活中的化学 世界两大产油带世界两大产油带 v 世界两大产油带，一个是长科迪勒地带，世界两大产油带，一个是长科迪勒地带，北起阿拉斯加和加拿大，经美国西海岸到南美北起阿拉斯加和加拿大，经美国西海岸到南美委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从委内瑞拉、阿根廷；另一个叫特提斯地带，从地中海经中东到印度尼西亚

13、。地中海经中东到印度尼西亚。生活中的化学生活中的化学 石油输出国组织（石油输出国组织（OPECOPEC）v目前，目前，OPECOPEC共有共有1212个成员个成员国，旨在通过消除有害的、不国，旨在通过消除有害的、不必要的价格波动，确保国际石必要的价格波动，确保国际石油市场上石油价格的稳定，保油市场上石油价格的稳定，保证各成员在任何情况下都能获证各成员在任何情况下都能获得稳定的石油收入，并为石油得稳定的石油收入，并为石油消费国提供足够、经济、长期消费国提供足够、经济、长期的石油供应。的石油供应。生活中的化学生活中的化学 2008200920082009年国际石油价格走势年国际石油价格走势v200

14、82008年，国际油价经历了过山车般的年，国际油价经历了过山车般的大起大落，以大起大落，以7 7月月4 4日为分水岭，呈现出明日为分水岭，呈现出明显的倒显的倒“V”V”字走势。字走势。生活中的化学生活中的化学 1.1.石油和天然气的成因石油和天然气的成因 无机生成学说无机生成学说有机生成学说有机生成学说生活中的化学生活中的化学 人们已发现和利用的天然气人们已发现和利用的天然气 生物成生物成因气因气油型气油型气无机成无机成因气因气水合物气水合物气煤成气煤成气深海水合深海水合物圈闭气物圈闭气常规天然气常规天然气生活中的化学生活中的化学 2.2.石油和天然气的组成石油和天然气的组成 v 石油的主要成

15、分是烃类有机物。石油的主要成分是烃类有机物。天然石油（原油）天然石油（原油）人造石人造石油油从油田（油矿）中开采出来的从油田（油矿）中开采出来的从油页岩或煤炭经干馏或合成的方法从油页岩或煤炭经干馏或合成的方法提炼出来的提炼出来的生活中的化学生活中的化学 2.2.石油和天然气的组成石油和天然气的组成 v 天然气的主要成分是甲烷天然气的主要成分是甲烷(CH(CH4 4)，也有少量乙烷，也有少量乙烷(C(C2 2H H6 6)和丙和丙烷烷(C(C3 3H H8 8)等低碳烷烃以及二氧化碳、氢气、硫化物等非烃等低碳烷烃以及二氧化碳、氢气、硫化物等非烃类物质。类物质。干气或贫气干气或贫气甲烷含量高甲烷含

16、量高生活中的化学生活中的化学 3.3.石油的炼制石油的炼制 v在进行炼制以前需要对原油进行预处理，将在进行炼制以前需要对原油进行预处理，将油气分开，沉降泥沙，并采用电法或化学法油气分开，沉降泥沙，并采用电法或化学法脱盐、脱水，然后将其运送到炼化厂，加工脱盐、脱水，然后将其运送到炼化厂，加工成为人们需要的能源产品。成为人们需要的能源产品。v主要工艺过程包含原油分馏、催化裂化、催主要工艺过程包含原油分馏、催化裂化、催化重整和加氢等。化重整和加氢等。生活中的化学生活中的化学 v在加热时，沸点低的烃类先气化，经过冷凝在加热时，沸点低的烃类先气化，经过冷凝先分离出来，借此可以把沸点不同的化合物先分离出来

17、，借此可以把沸点不同的化合物进行分离，这种方法叫分馏。进行分离，这种方法叫分馏。v属于物理变化，所得产品叫馏分。属于物理变化，所得产品叫馏分。(1)(1)分馏分馏生活中的化学生活中的化学 图图1-1 1-1 石油分馏示意图石油分馏示意图 生活中的化学生活中的化学 表表1-6 1-6 石油分馏的产品和用途石油分馏的产品和用途 生活中的化学生活中的化学 石油化工的重要原料石油化工的重要原料乙烯乙烯v 乙烯以乙烯以O O2 2为催化剂在为催化剂在150 150、20 20 MPaMPa条件可制得高压聚条件可制得高压聚乙烯，日常生活中用的食品袋、食品匣、奶瓶等就是乙烯，日常生活中用的食品袋、食品匣、奶

18、瓶等就是用这种材料成型的。用这种材料成型的。v 若用若用TiClTiCl4 4做催化剂在做催化剂在100 100、常压下，则可制得强度、常压下，则可制得强度较高的低压聚乙烯，它可制造脸盆、水桶等器皿。较高的低压聚乙烯，它可制造脸盆、水桶等器皿。v 在在KMnOKMnO4 4催化下可加水成为乙二醇，是制造涤纶的原料催化下可加水成为乙二醇，是制造涤纶的原料之一。之一。v 众多乙烯产品广泛用于工农业、交通、军事等领域。众多乙烯产品广泛用于工农业、交通、军事等领域。v 现代石油化学工业的一个龙头产品，是一个国家综合现代石油化学工业的一个龙头产品，是一个国家综合国力的标志之一。国力的标志之一。生活中的化

19、学生活中的化学 v当烧菜进行到一半突然断气时，可以将液化气罐当烧菜进行到一半突然断气时，可以将液化气罐摇一摇，或者在罐子外浇一点热水，甚至在气罐上敷摇一摇，或者在罐子外浇一点热水，甚至在气罐上敷上一块热毛巾，火会立刻大起来。上一块热毛巾，火会立刻大起来。v城市居民用石油液化气的主要成分就是丁烷，另城市居民用石油液化气的主要成分就是丁烷，另外还含有在液化时带进的一定量的戊烷外还含有在液化时带进的一定量的戊烷(C(C5 5H H1212)和己烷和己烷(C(C6 6H H1414)，它们的沸点分别是，它们的沸点分别是36 36 和和69 69。用户在室。用户在室温下打开阀门时，这些杂质沸点较高，在室

20、温下不能温下打开阀门时，这些杂质沸点较高，在室温下不能气化，而以液态沉积于钢瓶中。所以，加温实际上使气化，而以液态沉积于钢瓶中。所以，加温实际上使戊烷和己烷气化，它们同样是可燃气体，可使燃烧时戊烷和己烷气化，它们同样是可燃气体，可使燃烧时间延长。间延长。生活中的化学生活中的化学 汽油发动机在汽缸中燃烧时抵抗爆炸的能汽油发动机在汽缸中燃烧时抵抗爆炸的能力，可用辛烷值度量。力，可用辛烷值度量。提高辛烷值的提高辛烷值的两种方法两种方法在汽油中加入添加剂在汽油中加入添加剂通过石油馏分的化学转化通过石油馏分的化学转化来改变汽油的烃类组成来改变汽油的烃类组成抗爆性抗爆性生活中的化学生活中的化学 v汽油牌号

21、的根据汽油牌号的根据辛烷值辛烷值 v评定柴油抗爆性的指标评定柴油抗爆性的指标十六烷值十六烷值 v柴油牌号的根据柴油牌号的根据凝固点凝固点 生活中的化学生活中的化学（2）裂化裂化将重油等大分子将重油等大分子烃类分裂成汽油、烃类分裂成汽油、柴油等小分子烃类柴油等小分子烃类的一种炼制方法。的一种炼制方法。热裂化热裂化催化裂化催化裂化加氢裂化加氢裂化生活中的化学生活中的化学 v在加热、氢压和催化剂存在的条件下，将汽在加热、氢压和催化剂存在的条件下，将汽油馏分中的烃类分子结构进行重新排列成新油馏分中的烃类分子结构进行重新排列成新的分子结构，使原油蒸馏所得的轻汽油馏分的分子结构，使原油蒸馏所得的轻汽油馏分

22、转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整汽转变成富含芳烃的高辛烷值汽油（重整汽油），并副产液化石油气和氢气的过程。油），并副产液化石油气和氢气的过程。（3 3）催化重整）催化重整 生活中的化学生活中的化学 v用催化剂在一定温度和压力下使用催化剂在一定温度和压力下使H H2 2和这些和这些杂环有机物起反应生成杂环有机物起反应生成NHNH3 3或或H H2 2S S而分离，而分离，留在油品中的只是碳氢化合物。留在油品中的只是碳氢化合物。v提高油品质量的过程。提高油品质量的过程。（4 4）加氢精制）加氢精制 生活中的化学生活中的化学 一次加工一次加工 二次加工二次加工 三次加工三次加工原油预处理、常压蒸馏

23、和减压蒸馏原油预处理、常压蒸馏和减压蒸馏裂化、催化重整和加氢精制等裂化、催化重整和加氢精制等石油烃烷基化、烯烃叠合、石油烃异构化等石油烃烷基化、烯烃叠合、石油烃异构化等化学变化化学变化物理变化物理变化催化剂催化剂生活中的化学生活中的化学 1.2.3 1.2.3 可燃冰可燃冰 v自然界发现的可燃冰多呈自然界发现的可燃冰多呈白色、淡黄色、琥珀色、暗白色、淡黄色、琥珀色、暗褐色等轴状、层状、小针状褐色等轴状、层状、小针状结晶体或分散状。结晶体或分散状。天然气水合物天然气水合物笼形包合物笼形包合物生活中的化学生活中的化学 v以甲烷为主的可燃气体，以甲烷为主的可燃气体，是由甲烷和水形成的水合是由甲烷和水

24、形成的水合物。物。v分子式：分子式：M MnHnH2 2O O（M M甲烷等气体，甲烷等气体，n n水水分子数。）分子数。）1.2.3 1.2.3 可燃冰可燃冰 生活中的化学生活中的化学 充足的烃类充足的烃类气体来源气体来源适当的温适当的温压条件压条件地质构地质构造环境造环境1.1.可燃冰的形成可燃冰的形成 生活中的化学生活中的化学 通过降低压力引起天然气通过降低压力引起天然气水合物稳定的相平衡曲线水合物稳定的相平衡曲线移动，促使水合物分解；移动，促使水合物分解；不需要昂贵的连续激发，不需要昂贵的连续激发，可能成为今后大规模开采可能成为今后大规模开采可燃冰的有效方法之一，可燃冰的有效方法之一，

25、但单用此法速度较慢。但单用此法速度较慢。能促使温度上升能促使温度上升达到水合物分解达到水合物分解的方法；的方法；主要不足主要不足:造成造成大量的热损失，大量的热损失，效率很低。效率很低。利用某些化学试剂改利用某些化学试剂改变水合物形成的相平变水合物形成的相平衡条件，分解水合物衡条件，分解水合物；较热激发法作用缓慢较热激发法作用缓慢，最大的缺点是费用，最大的缺点是费用太昂贵。太昂贵。热激热激化法化法减压法减压法化学试化学试剂法剂法2.2.可燃冰的开采可燃冰的开采 生活中的化学生活中的化学 可燃冰开采需谨慎可燃冰开采需谨慎 v 天然可燃冰呈固态，不会像石油开采那样自喷流天然可燃冰呈固态，不会像石油

26、开采那样自喷流出。如果把它从海底一块块搬出，在从海底到海面的出。如果把它从海底一块块搬出，在从海底到海面的运送过程中，甲烷就会挥发殆尽，同时还会给大气造运送过程中，甲烷就会挥发殆尽，同时还会给大气造成巨大危害。如果开采不当，后果绝对是灾难性的。成巨大危害。如果开采不当，后果绝对是灾难性的。v 可燃冰作为未来新能源，同时也是一种可燃冰作为未来新能源，同时也是一种“危险危险”的能源。可燃冰的开发利用就像一柄的能源。可燃冰的开发利用就像一柄“双刃剑双刃剑”，需，需要非常小心谨慎。在考虑其资源价值的同时，必须充要非常小心谨慎。在考虑其资源价值的同时，必须充分注意到有关的开发利用将给人类带来的严重环境灾

27、分注意到有关的开发利用将给人类带来的严重环境灾难。难。生活中的化学生活中的化学 3.3.可燃冰在中国的状况可燃冰在中国的状况 v 青藏高原五道梁永冻区青藏高原五道梁永冻区钻探发现大量可燃冰的钻探发现大量可燃冰的征兆。征兆。v 南海西沙海槽等海区已南海西沙海槽等海区已相继发现存在可燃冰的相继发现存在可燃冰的直接标志。直接标志。v 青岛海洋地质研究所已青岛海洋地质研究所已建立有自主知识产权的建立有自主知识产权的可燃冰实验室并成功点可燃冰实验室并成功点燃可燃冰。燃可燃冰。青海省天峻县木里镇祁连山南麓青海省天峻县木里镇祁连山南麓“可燃冰可燃冰”钻探现场钻探现场生活中的化学生活中的化学 核聚变能核聚变能

28、两个较轻原子核(如氢的同位素氘、氚)聚合成一个较重的原子核，释放的能量。1.3 1.3 核能核能 v又称原子能、原子核能，是原子核结构发生变化又称原子能、原子核能，是原子核结构发生变化时放出的能量。时放出的能量。核裂变能核裂变能 重核原子（如铀、钚）分裂成两个或多个较轻原子核，产生链式反应，释放的能量。两种方式两种方式生活中的化学生活中的化学 1.3.1 1.3.1 核能的产生核能的产生 v 物质物质-能量转换方程：能量转换方程：v 爱因斯坦的质能关系爱因斯坦的质能关系正确地解释了原子能正确地解释了原子能的来源，奠定了原子的来源，奠定了原子能理论的基础。能理论的基础。2EmcE E能量能量 m

29、 m质量质量 c c光速光速生活中的化学生活中的化学 1.3.2 1.3.2 核裂变核裂变 v U-235U-235原子核受高能中子轰击时，分裂为质量相差不原子核受高能中子轰击时，分裂为质量相差不多的两种核素，同时又产生几个中子，还释放大量的多的两种核素，同时又产生几个中子，还释放大量的能量，这就是核裂变。能量，这就是核裂变。生活中的化学生活中的化学 1.3.2 1.3.2 核裂变核裂变 v发展核能工业是降低大气温室效应的有效途发展核能工业是降低大气温室效应的有效途径之一。径之一。v核能是一种清洁、安全的能源。核能是一种清洁、安全的能源。v发展核电是解决当前电力缺口的一种重要选发展核电是解决当

30、前电力缺口的一种重要选择。择。nKrBa108956144563nU1023592nSrXe109438140542nNbSb109941133514 生活中的化学生活中的化学 1.3.2 1.3.2 核裂变核裂变v 核电站对环境的影响主要是流出物中放射性物质核电站对环境的影响主要是流出物中放射性物质对周围环境产生的辐射。对周围环境产生的辐射。轻者轻者白血球减少、恶心、呕吐、脱发等症状白血球减少、恶心、呕吐、脱发等症状 重者重者出血、溃疡、遗传失常、癌症等出血、溃疡、遗传失常、癌症等 核电站运行的核电站运行的两大问题两大问题安全安全核废料的处理核废料的处理生活中的化学生活中的化学 核电站建设核

31、电站建设站址设在地质结构站址设在地质结构稳定的岩石层稳定的岩石层能承受地震、洪水、能承受地震、洪水、飓风等各种自然灾飓风等各种自然灾害的侵袭害的侵袭反应堆外壳要充分考反应堆外壳要充分考虑各种可能产生的高虑各种可能产生的高压高温情况压高温情况国际原子能委员国际原子能委员会组织专家对各会组织专家对各核电站进行评审核电站进行评审操作人员必须经操作人员必须经过严格培训和考过严格培训和考核才能上岗核才能上岗安全安全第一第一生活中的化学生活中的化学 核电站建设核电站建设 生活中的化学生活中的化学 核电站附近的居民会不会受到过量的放射性辐射核电站附近的居民会不会受到过量的放射性辐射v专家提示，这种担忧完全是

32、没有必要的！专家提示，这种担忧完全是没有必要的！v严格控制放射性物质的排放严格控制放射性物质的排放v三道防止放射性物质泄露的屏障。三道防止放射性物质泄露的屏障。v三个纵深防御措施。三个纵深防御措施。v由于采用由于采用“多重保护、多道屏障、纵深设防多重保护、多道屏障、纵深设防”的的设计原则，核电站一般不会发生事故，特别是发生严设计原则，核电站一般不会发生事故，特别是发生严重事故的可能性极小。重事故的可能性极小。生活中的化学生活中的化学 核电站与广岛、长崎的原子弹悲剧的联系与区别核电站与广岛、长崎的原子弹悲剧的联系与区别 v原子弹爆炸的能量和核反应堆的能量虽然都来原子弹爆炸的能量和核反应堆的能量虽

33、然都来自原子核裂变，但这是两种不完全相同的过程。自原子核裂变，但这是两种不完全相同的过程。v虽然核反应堆的结构和特性与原子弹完全相同，虽然核反应堆的结构和特性与原子弹完全相同，但反应堆大都采用低浓度裂变物质作燃料，这些但反应堆大都采用低浓度裂变物质作燃料，这些燃料都分散在反应堆内，在任何情况下都不会像燃料都分散在反应堆内，在任何情况下都不会像原子弹那样将燃料压在一起而发生核爆炸。原子弹那样将燃料压在一起而发生核爆炸。v而且，反应堆有各种安全控制手段以实现受控而且，反应堆有各种安全控制手段以实现受控的链式裂变反应，即当核能意外释放太快、堆芯的链式裂变反应，即当核能意外释放太快、堆芯温度上升太快时

34、，链式裂变反应就会自行减弱，温度上升太快时，链式裂变反应就会自行减弱，乃至停止。乃至停止。生活中的化学生活中的化学 放射性废物的安全处置放射性废物的安全处置v早期：将废料直接埋入地下。早期：将废料直接埋入地下。v后来：将废料装在金属桶里，外面加一层混凝土或沥后来：将废料装在金属桶里，外面加一层混凝土或沥青，弃于海底。青，弃于海底。v现在：应尽量回收用过的核燃料中还未燃尽的铀。现在：应尽量回收用过的核燃料中还未燃尽的铀。v废料中还有些有使用价值的放射性物质和非放射性物废料中还有些有使用价值的放射性物质和非放射性物质，也应提取分离。质，也应提取分离。v其他放射性废料应装入防震、防腐、防泄漏的特制容

35、其他放射性废料应装入防震、防腐、防泄漏的特制容器，然后将容器深埋在荒无人烟的岩石层里。器，然后将容器深埋在荒无人烟的岩石层里。生活中的化学生活中的化学 1.3.3 1.3.3 核聚变核聚变 v由两个或多个轻核聚合成由两个或多个轻核聚合成一个较重的原子核并释放一个较重的原子核并释放出能量的过程。出能量的过程。v从获取核聚变能的角度看，从获取核聚变能的角度看，目前参与核反应的氢原子目前参与核反应的氢原子核主要以氘核主要以氘(D)(D)、氚、氚(T)(T)反反应为主。应为主。生活中的化学生活中的化学 1.3.3 1.3.3 核聚变核聚变 v在自然界中，只有在太阳等恒星内部，因温度在自然界中，只有在太

36、阳等恒星内部，因温度极高，氢核才有足够动能去克服核内的斥力，极高，氢核才有足够动能去克服核内的斥力，而自动地发生持续的聚变。而自动地发生持续的聚变。v人工的聚变目前只人工的聚变目前只能在氢弹爆炸或加能在氢弹爆炸或加速器产生的高能粒速器产生的高能粒子碰撞中实现。子碰撞中实现。生活中的化学生活中的化学 聚变堆是次临界堆，没有裂变堆那种超临聚变堆是次临界堆，没有裂变堆那种超临界爆炸的危险。界爆炸的危险。聚变能为人类未来的主要能源，具有安全、聚变能为人类未来的主要能源，具有安全、清洁、取之不尽用之不竭的特点。清洁、取之不尽用之不竭的特点。1.3.3 1.3.3 核聚变核聚变核聚变的原料及其产物核聚变的

37、原料及其产物基本上无放射性，聚变基本上无放射性，聚变堆在工作过程中没有大堆在工作过程中没有大量高放射性废料。量高放射性废料。由于核聚变需要极高温度，由于核聚变需要极高温度，一旦某一环节出现问题，燃一旦某一环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会料温度下降，聚变反应就会自动中止。自动中止。生活中的化学生活中的化学 1.4 1.4 化学电源化学电源v 电能是现代社会生活的必需品，是最重要的二次能源电能是现代社会生活的必需品，是最重要的二次能源。煤和石油制品发电煤和石油制品发电化学电源化学电源把化学能直接转化为电能的装置统称，把化学能直接转化为电能的装置统称，又称化学电池，俗称电池。又称化学电池，俗

38、称电池。生活中的化学生活中的化学 1.4.11.4.1化学电源的工作原理及组成化学电源的工作原理及组成正极正极负极负极l失去电子失去电子l氧化反应氧化反应l得到电子得到电子l还原反应还原反应生活中的化学生活中的化学 1.4.1 1.4.1 化学电源的工作原理及组成化学电源的工作原理及组成铜锌原电池铜锌原电池化学反应中氧化过程和还原过程必须化学反应中氧化过程和还原过程必须分隔在两个区域中进行。分隔在两个区域中进行。物质在进行转变的过程中电子必须物质在进行转变的过程中电子必须通过外电路。通过外电路。生活中的化学生活中的化学 电池的基本组成部分电池的基本组成部分 电极电极电解质电解质外壳外壳隔离物隔

39、离物生活中的化学生活中的化学 碱性锌锰电池碱性锌锰电池（碱锰电池）第四代产品，老式锌锰电池的改进。1.4.2 1.4.2 常用化学电源常用化学电源1.锌锰干电池锌锰干电池中性锌中性锌-二氧化锰电池二氧化锰电池锌-锰电池 1号、5号干电池 负极：锌 正极：二氧化锰 电解质：氯化锌和氯化铵电解质酸碱性电解质酸碱性生活中的化学生活中的化学 图图1-4 1-4 中性锌锰干电池的结构中性锌锰干电池的结构 生活中的化学生活中的化学 使用干电池注意事项使用干电池注意事项 v极性切忌装反。极性切忌装反。v电池不要短路。电池不要短路。v电池漏液或气胀变形，须及时取出；当电器长时间电池漏液或气胀变形，须及时取出；

40、当电器长时间不用时，也应取出电池。不用时，也应取出电池。v不要长期贮存电池。不要长期贮存电池。v不要震动与碰撞电池。不要震动与碰撞电池。v不要用加热与充电方法激活电池。不要用加热与充电方法激活电池。v置于干燥和阴凉的地方。置于干燥和阴凉的地方。v新旧电池不宜混用。新旧电池不宜混用。v不要将废弃电池扔入火中。不要将废弃电池扔入火中。v废旧干电池应妥善处置。废旧干电池应妥善处置。生活中的化学生活中的化学 2.铅蓄电池铅蓄电池 电动势高电动势高 电压稳定电压稳定 使用温度范围宽使用温度范围宽 原料丰富原料丰富 价格便宜价格便宜 笨重笨重 防震性差防震性差 易溢出酸雾易溢出酸雾 维护不便维护不便 携带

41、不便携带不便最早出现的一类二次电池。最早出现的一类二次电池。应用广泛。应用广泛。当前研究的主要方向是提高比能量、循环寿命和使用期限。当前研究的主要方向是提高比能量、循环寿命和使用期限。基本途径是提高活性物质利用率，降低电池的质量，防止活性材基本途径是提高活性物质利用率，降低电池的质量，防止活性材料的脱落和寻找耐腐蚀的正极板等。料的脱落和寻找耐腐蚀的正极板等。生活中的化学生活中的化学 1.4.3 1.4.3 几种新型化学电源几种新型化学电源1.氢镍电池氢镍电池 新型的二次电池新型的二次电池 正极正极:氧化镍氧化镍 负极负极:氢电氢电极极 3种工作状态种工作状态:正常、过充正常、过充电和过放电电和

42、过放电 不同的工作状态，电池内不同的工作状态，电池内部发生不同的电化学反应。部发生不同的电化学反应。生活中的化学生活中的化学 1.4.3 1.4.3 几种新型化学电源几种新型化学电源2.锂电池锂电池 内部采用螺旋绕制结构内部采用螺旋绕制结构 正极正极:锂和二氧化钴组成的锂锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及铝薄膜组成的电离子收集极及铝薄膜组成的电流收集极流收集极 负极负极:片状炭材料组成的锂离片状炭材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流子收集极和铜薄膜组成的电流收集极收集极 有机电解质溶液有机电解质溶液 安全阀和安全阀和PTCPTC元件元件 应用广泛应用广泛生活中的化学生活中的化学 北京奥运会中

43、的锂电池北京奥运会中的锂电池v为打造为打造“科技奥运科技奥运”、“绿色奥运绿色奥运”，新，新型的锂电池电动公交车在北京奥运村区域投入型的锂电池电动公交车在北京奥运村区域投入运行。北京奥运会以锂电池电动车取代传统公运行。北京奥运会以锂电池电动车取代传统公交车，实为交车，实为“明智之举明智之举”：首先，锂电池电动：首先，锂电池电动车更加环保，与普通公交车相比，没有尾气排车更加环保，与普通公交车相比，没有尾气排放；再者，锂电池使用的寿命也比较长，一般放；再者，锂电池使用的寿命也比较长，一般可以反复充电可以反复充电500500次甚至次甚至10001000次以上；另外，次以上；另外，它最大的优点是比较省

44、电。它最大的优点是比较省电。生活中的化学生活中的化学 v锂电池在使用过程中常常会出现发热、锂电池在使用过程中常常会出现发热、燃烧现象，轻者影响主机使用，重者还会烧燃烧现象，轻者影响主机使用，重者还会烧毁主机引起火灾。这是因为锂电池中的许多毁主机引起火灾。这是因为锂电池中的许多材料与水接触后，可发生剧烈的化学反应并材料与水接触后，可发生剧烈的化学反应并释放出大量热能，导致发热、燃烧。释放出大量热能，导致发热、燃烧。v人们在使用锂电池时一定要注意防水、人们在使用锂电池时一定要注意防水、防潮湿。各种主机停用后，应取下锂电池置防潮湿。各种主机停用后，应取下锂电池置于干燥、低温处妥善保管，以预防和避免因

45、于干燥、低温处妥善保管，以预防和避免因锂电池使用不当而引起家庭火灾事故。锂电池使用不当而引起家庭火灾事故。生活中的化学生活中的化学 1.4.3 1.4.3 几种新型化学电源几种新型化学电源3.燃料电池燃料电池 通过电化学过程将燃料中通过电化学过程将燃料中的化学能直接转化为电能的的化学能直接转化为电能的电池。电池。优点优点能量转换效率极高能量转换效率极高可减少化学污染排放，而且可减少化学污染排放，而且操作过程中不产生噪声污染。操作过程中不产生噪声污染。可使用多种多样的初级燃料可使用多种多样的初级燃料生活中的化学生活中的化学 4.4.水果电池水果电池 v 理论上来说，电流大小直接和果酸浓度相关。理

46、论上来说，电流大小直接和果酸浓度相关。水果（酸性电解质）水果（酸性电解质）化学活性不同的金属化学活性不同的金属生活中的化学生活中的化学 1.5 1.5 节能和新能源的开发节能和新能源的开发v 节能节能:从能源生产到消费的各个从能源生产到消费的各个环节减少损失和浪费，提高其环节减少损失和浪费，提高其有效利用率。有效利用率。v 在节能的同时，也要积极开展在节能的同时，也要积极开展各种新型能源的研究和探索，各种新型能源的研究和探索，目前不成熟的新能源也可能成目前不成熟的新能源也可能成为未来的主要能源。为未来的主要能源。节能标志节能标志生活中的化学生活中的化学 燃油税燃油税v 燃油税等消费税种在在许多

47、欧洲国家和日本长期燃油税等消费税种在在许多欧洲国家和日本长期实施，促进了能效提高和技术开发，收到了显著的节实施，促进了能效提高和技术开发，收到了显著的节能效果。燃油税于能效果。燃油税于20092009年年1 1月月1 1日正式在我国实施。燃日正式在我国实施。燃油税是指对在我国境内行使的汽车购用的汽油、柴油油税是指对在我国境内行使的汽车购用的汽油、柴油所征收的税。它是费改税的产物，是取代养路费而开所征收的税。它是费改税的产物，是取代养路费而开征的，其实质是汽车燃油税。它取代了先前不同车辆征的，其实质是汽车燃油税。它取代了先前不同车辆间几乎相同的养路费、车船使用税等固定支出。必须间几乎相同的养路费

48、、车船使用税等固定支出。必须很好地使用燃油税这个经济杠杆，利用高燃油税政策，很好地使用燃油税这个经济杠杆，利用高燃油税政策，以促进节油、环保的小型车的发展。以促进节油、环保的小型车的发展。生活中的化学生活中的化学 当代新能源当代新能源共同特点共同特点资源丰富资源丰富可以再生可以再生没有污染或很没有污染或很少污染少污染 生物质能生物质能地热能地热能太阳能太阳能海洋能海洋能氢氢 能能风风 能能生活中的化学生活中的化学 1.5.1 1.5.1 生物质能生物质能植物类植物类非植物类非植物类生物质：生物体通过光合作用生成的有机物，生物质：生物体通过光合作用生成的有机物，包含所有动物、植物、微生物以及由这

49、些生命体排包含所有动物、植物、微生物以及由这些生命体排泄和代谢所产生的有机物质，是地球上存在最广泛泄和代谢所产生的有机物质，是地球上存在最广泛的物质。种类繁多。的物质。种类繁多。杂草杂草畜禽粪便畜禽粪便 城市有机垃圾城市有机垃圾 工业废水工业废水 藻类藻类农林类废弃物农林类废弃物（秸秆、谷壳、（秸秆、谷壳、薪柴、木屑等）薪柴、木屑等）生活中的化学生活中的化学 优优 点点缺点缺点2007l热值及热效率低热值及热效率低l体积大体积大l不易运输不易运输 l易燃烧易燃烧l污染少污染少l灰分较低灰分较低 1.5.1 1.5.1 生物质能生物质能定义定义以生物质为载体的能以生物质为载体的能量，把太阳能以化

50、学量，把太阳能以化学能形式固定在生物质能形式固定在生物质中的一种能量形式。中的一种能量形式。生活中的化学生活中的化学 1.1.生物质能的本质生物质能的本质 v直接或间接来源于植物的光合作用。直接或间接来源于植物的光合作用。生活中的化学生活中的化学 2.2.生物质燃烧生物质燃烧生物质直接燃烧生物质直接燃烧 生物质和煤的混合燃烧生物质和煤的混合燃烧 生物质的气化燃烧生物质的气化燃烧 可燃部分主要是纤可燃部分主要是纤维素、半纤维素、维素、半纤维素、木质素。木质素。生活中的化学生活中的化学 v每千克乙醇燃烧约释放每千克乙醇燃烧约释放30000kJ30000kJ的热量，而的热量，而且不含硫及灰分，是一种