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.ppt

《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.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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.ppt（61页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、02:46:15,生活与化学,能源与化学,02:46:15,生活与化学,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,02:46:15,生活与化学,第一节 概 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 (100%) 。,02:46:15,生活与化学,二、能源的概念与分类 1. 定义：

2、能源可以从中获得能量的资源。 2. 分类: 可直接利用的为一次性能源，由其它能源制取的为二次性能源 ，不因人的利用而减少的是再生能源，越用越少的是非再生能源。,02:46:15,生活与化学,一、燃料的分类和组成 燃料产生热能或动力的可燃性物质。 1. 分类:,第二节 燃料能源,02:46:15,生活与化学,2. 组成: 有机可燃物（有机化合物+高分子化合物）； 无机可燃物（可燃物+灰分（盐+氧物）； 水份。 元素组成：C、H、O、N、S、少量金属。 燃料能源以煤为主。但是，它有许多缺点。煤的气化受到人们的重视。天然气在燃料能源中有许多优点。,02:46:15,生活与化学,煤,石 油,天 然 气

3、,化石燃料的利用,02:46:15,生活与化学,化石燃料,煤：“工业的粮食”，是人类历史上最古老的化石燃料之一。,石油：“工业的血液”,天然气：地下自然形成的可燃性气体，主要成分是甲烷（CH4),三大化石燃料,02:46:15,生活与化学,煤、石油、天然气的形成 煤、石油、天然气的元素组成 煤、石油、天然气的分布 煤、石油、天然气的用途 煤、石油、天然气的热值和燃烧产物比较 化石燃料与环境污染,化石燃料,02:46:15,生活与化学,煤的形成,02:46:15,生活与化学,石油的形成,02:46:15,生活与化学,天然气的形成,02:46:15,生活与化学,煤的组成,碳元素,氢元素,氮元素,氧

4、元素,硫元素,02:46:15,生活与化学,碳元素 氢元素 氧元素 硫元素 氮元素,石油的组成,02:46:15,生活与化学,天然气的组成,天然气主要是由碳和氢组成的气态碳氢化合物，其中最主要的是甲烷（ ）,02:46:15,生活与化学,分布情况： 山西 内蒙古 河北 山东 安徽 江苏,02:46:15,生活与化学,分布情况：东北、华北、新疆等地,02:46:15,生活与化学,分布情况： 新疆 四川,02:46:15,生活与化学,西气东输,“西气东输”是开发大西北的一项重大工程，该工程将天然气从新疆塔里木输送至上海西郊，输气管道全长4200多千米，横跨9个省、市、自治区。这一重大工程的实施，将

5、取代部分工业和居民使用的煤炭和燃油，有效改善大气环境，提高人民的生活质量。,02:46:15,生活与化学,煤的干馏,思考：煤的干馏属于什么变化？,化学变化,02:46:15,生活与化学,煤的综合利用,02:46:15,生活与化学,石油的综合利用,石油的分馏,02:46:15,生活与化学,石油的分馏属于什么变化？,根据原油中各物质沸点不同进行分离；属于物理变化。,02:46:15,生活与化学,02:46:15,生活与化学,甲烷沼气,池塘里的沼气,02:46:15,生活与化学,现象： 1、看到蓝色火焰 2、放热 3、烧杯内壁有水雾 4、迅速将烧杯到转后，倒入澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊,甲烷燃烧（

6、点燃前需要检验纯度）,02:46:15,生活与化学,可燃冰是一种天然气水合物，埋藏在海底岩石中，在低温高压条件下，一体积可燃冰可以储载100-200 倍体积的甲烷气体，具有 能量高，燃烧值大等优点。,02:46:15,生活与化学,沼气的制取和利用,02:46:15,生活与化学,燃料的热值： 是一定量燃料完全燃烧放出的热量。,例：运用表格中常见的燃料的热值数据，思考： 要将1Kg水烧开，分别需要下列表格中的燃料的质量由大到小的排列顺序是-,煤气柴草原煤天然气原油液化气,02:46:15,生活与化学,燃烧产物（从元素组成判断）,煤、石油：碳元素 氢元素 氧元素 氮元素 硫元素,二氧化碳、一氧化碳、

7、粉尘 水 氮的氧化物 二氧化硫,天然气：(CH4) 碳元素 氢元素,二氧化碳、一氧化碳 水,思考：从节约能源、保护环境上来考虑应提倡使用哪种燃料？,02:46:15,生活与化学,化石燃料燃烧与环境污染,1、全球气候变化 温室效应,2、热污染 局部区域的水温上升,3、大气污染 粉尘、酸雨、一氧化碳污染,02:46:15,生活与化学,02:46:15,生活与化学,酸雨的危害,02:46:15,生活与化学,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?,02:46:15,生活与化学,解决方法： 1、节约现有能源 2、加强能源的综合利用 3、开发利用

8、新能源,02:46:15,生活与化学,地 热 能,潮 汐 能,风 能,核 能,水 能,太 阳 能,02:46:15,生活与化学,02:46:15,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 化学电源,02:46:15,生活与化学,电池符号： （）ZnZnCl2 ，NH4Cl(糊)MnO2C(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

9、NH4Cl制成碱性锌锰电池,可多次充、放电。,1. 锌-锰干电池,02:46:15,生活与化学,电池符号： （）ZnHgKOH(含ZnO)HgOHgPt（） 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-汞电池,02:46:15,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

10、易溢出，腐蚀性强。,二、蓄电池,02:46:15,生活与化学, 铁-镍蓄电池 电池符号: （）FeKOH（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: （）ZnKOH(40%)Ag2OAg() 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,02:46:15,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-

11、氧燃料电池 电池符号： （）CH2KOH(35%)O2C(),三、燃 料 电 池,02:46:15,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。,02:46:15,生活与化学,电池符号： （）PtCH3OHH2SO4O2Pt() 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。

12、3. 其它燃料电池,2.甲醇-氧燃料电池,02:46:15,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 新能源,02:46:15,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。

13、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。,02:46:15,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。,02:46:15,生活与化学,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

14、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。,02:46:15,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,02:46:15,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

15、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。,02:46:15,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-1 1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

16、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。 聚变不产生放射性产物。,2.核聚变能,02:46:15,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。,02:46:15,生活与化学,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 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

17、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。,02:46:15,生活与化学,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

18、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。,02:46:15,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,图 太阳能电池,02:46:15,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

19、、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。,02:46:15,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,02:46:15,生活与化学,现代绿色能源酒精和沼气,1.

20、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,02:46:15,生活与化学,五.合成新能源一炭化学的使命,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,02:46:15,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,