能源是一种物质资源是人类生存和发展的物质基础;能量是精品PPT课件.pptx

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1、111:05:23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211:05:24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2911:05:28生活与化学燃烧产物（从元素组成判断

2、）燃烧产物（从元素组成判断）煤、石油：碳元素煤、石油：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？3011:05:28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

3、气污染粉尘、酸雨、一氧化碳污染粉尘、酸雨、一氧化碳污染3111:05:28生活与化学3211:05:28生活与化学酸雨的危害酸雨的危害3311:05:28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?3411:05:28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3511:05:28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3611:05:28生活与化学3711:05:28生活与化学 借助于化学变化

4、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 3811:05:28生活与化学 电池符号： （）Zn ZnCl2 ，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3911:05:28生活与化学 电池符号： （）Zn Hg KOH(含ZnO) HgO

5、 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4011:05:29生活与化学 1.铅蓄电池（铅酸蓄电池） 电池符号：（）Pb | H2SO4 | 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4111:05:29生活与化学 铁-镍蓄电池 电池符号: （）Fe KOH（30%） Ni(OH

6、)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4211:05:29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4311:

7、05:29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。4411:05:29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 CO2+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4511:05:29生活与化学 煤、石油

8、、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4611:05:29生活与化学 2.氢燃料的制取 电解水： H2O H2 + 1/2O2 能量可用太阳能、电能。 热分解水： H2O H2 + 1/2O2 （催化剂：Ca、Br2、Hg等。

9、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。4711:05:29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。4811:05:29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2002年底，全世界共有441台

10、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。 4911:05:29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5011:05:29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

11、量，遵守爱因斯坦定律： 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。5111:05:29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

12、(1s)。而且要能人为控制不使爆炸。 聚变不产生放射性产物。 2.核聚变能核聚变能5211:05:29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。 5311:05:29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

13、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。 5411:05:29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

14、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重要支柱。 中国和平利用核能事业有着良好的发展前景。 5511:05:29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5611:05:29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

15、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。5711:05:29生活与化学 生物质能（biology energy）是目前用得最为广泛的第四种能源，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5811:05:29生活与化

16、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5911:05:29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6011:05:29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