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1、1,欢迎计算机07同学共同学习工科化学B课程！,教材：普通化学 (第五版) 教师: 王一兵 学时：48(讲课40;实验8),2,绪论 1、 化学的定义与分支,化学的定义一直颇有争议。 定义大体分为五类: 1.笼统式 2.具体式 3.微观式 4.扩张式 5.哲学式,3,Fe + S = FeS（黑色） 化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构、性能及其变化规律和变化过程中能量关系的学科.（教材）,无机化学：无机物 有机化学：碳氢化合物及衍生物 分析化学：测量和表征 物理化学：所有物质系统 高分子化学：高分子化合物,4,化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物大分子，到分子的各种不同尺度和
2、不同复杂程度的聚集态的合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。（徐光宪） 第一是原子层次的化学 第二是分子片层次的化学 第三是分子层次的化学 第四是超分子层次的化学 第五是生物分子层次的化学 第六是宏观聚集态的化学 第七是介观聚集态的化学 第八是复杂分子体系的化学,5,化学发展史 四次革命,2 、化学的发展和作用,6,波义耳1661年发表了“怀疑派化学家”(The ScepticalChymist)，指出:“化学不是为了炼金，也不是为了治病，它应当从炼金术和医学中分离出来，成为一门独立的科学”。波义耳极为崇尚实验，指出，“空谈毫无用途，一切来自实验”。他把严
3、密的实验方法引入化学研究，使化学成为一门实验科学。,恩格斯的评价：“把化学确立为科学” 被誉为“化学之父”（墓碑语）。,7,法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾”，提出燃烧的氧化学说。 拉瓦锡1789年出版了“初等化学概论”，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：“元素是用任何方法都不能再分解的简单物质”。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说”为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿”。,8,英国化学家道尔顿创立科学原子论(化学原子论)，揭示了各种化学定律、化学现象的内在联系，成为说明化学现象的统一理论，完
4、成了化学领域内一次极为重大的理论综合。有人称为近代化学史上的第三次化学革命。 1803年，道尔顿提出了原子学说：元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性质；同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量（而不是形状）是元素最基本的特征；不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。,9,1930年，美国化学家鲍林（L.Pauling，19011994）和德国物理学家J.C.Slater（19
5、001976）把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论（VBT）。阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的键和键这两种基本共价键类型。,10,路甬祥: 21世纪科学技术将在四个层面上展开 1.研究物质结构极其运动规律 2.生命科学 3.地球及环境科学 4.对人脑及认知的研究,11,学习要求： 了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验 计算 方法。 了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。 掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。 了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略
6、。,12,13,化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一,化学继续推动材料科学发展,化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障,化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用,化学是生命科学的重要支柱,14,3 学习的目的、内容和要求,15,16,C3H3 Clear head (清醒的头脑） Clever hands （灵巧的双手） Clean habit （清洁的习惯）,17,第1章热化学与能源,热化学与能源,第1章,18,目录,1.1 反应热的测量 1.2 反应热的理论计算 1.3 常见能源及其有效与清洁利用 1.4 清洁能源与可持续发展 选读材料 核能 . 核燃料和核能的来源 .
7、核电的优势与发展趋势 本章小结,19,教学基本要求,1.了解用弹式热量计测量等容热效应(qv)的原 理，熟悉qv的实验计算法。,2.了解状态函数的意义。了解化学反应中的焓 变在一般条件下的意义。理解等压热效应(qp) 与反应中的焓变的关系。了解qv与反应中的 内能变的关系。初步掌握化学反应的标准摩 尔焓变的近似计算。,3.适当了解能源中的燃料燃烧反应的热效应。,20,举例： 2H2 + O2 = 2H2 O 298.15K、1atm下放出热量是- 483.6kJ/mol 1、在通常情况下能否发生。 2、如果不能，那么又需要在什么条件下才能发生。 3、发生以后，反应能进行到什么程度，也就是说结果
8、如何。 上述问题就属于化学热力学范畴。化学热力学就是研究在化学变化和物理变化中伴随发生的能量转化和传递的学科。,21,化学反应的方向 化学热力学 化学反应的程度 热化学：研究化学反应中热与其他能量变化的定量关系的学科。（热量变化问题的学科） 测量化学反应的热效应 本章主要两部分内容 计算化学反应的热效应 热效应：化学反应时放出或吸收的热量。,22,1 .1 反应热的测量,系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。 环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。,开放系统 有物质和能量交换,封闭系统 只有能量交换,1.1.1 几个基本概念,1 系统与环境,图1.1 系统的分类,隔离系统 无物质
9、和能量交换,23,应用相的概念需区分： *相与聚集态不同；,2 相：,系统可分为: 单相（均 匀）系统；多相（不均匀）系统。,系统中任何物理和化学性质完全相同的部分。,*相数与物质种类数；,*相与数量无关。,24,a.相与相之间有明确的界面。 b.在界面处，从宏观看，性质改变是突跃的。,思考： 1) .101.325kPa，273.15K(0C)下，H2O(l), H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少? 2). CaCO3(s)分解为CaO (s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数? 3).Cu(s)+H2O+HNO3=CuNO3 + NO(g)相数？,25,3 状态与状
10、态函数,状态就是系统一切性质的总和。,状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。,26,状态函数的性质,状态函数是状态的单值函数。 当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。,图1.2 状态函数的性质,以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。,27,广度性质和强度性质,状态函数可分为两类：,广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。,强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。,思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？,
11、推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？,力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。,28,状态函数有两个特征： a. 系统的状态确定之后，每一状态函数都具有单一确定的值，而不会具有多个不等的值。例: 系统状态确定后，温度只能具有单一确定的值。 若测出某些易测的性质，就可以通过相互关联的数学式计算难测的。这就是引进状态函数方便之处（PV=nRT)。 b. 系统发生一个过程的前后，状态发生变化，状态函数的值也可能发生变化，其改变的数值只取决于 系统的初、终状态，而与变化时体系所经历的具体途径无关。 状态函数有特征，状态一定值一定，殊途同归变
12、化等，周而复始变化零。,29,4 过程与途径,系统状态发生任何的变化称为过程；,实现一个过程的具体步骤称途径。,思考：过程与途径的区别。,设想如果你要把20 C的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧。,30,5 化学计量数,对于任意一化学反应： aA+cC=dD+gG 或写成：0=dD+gG -aA-cC ACDG-化学式 acdg-化学计量数。 一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系， 通式为：,31,B 称为B 的化学计量数。符号规定： 反应物： B为负；产物：B为正。,附例1.1 应用化学反应统通式形式表示下
13、列合成氨的化学反应计量方程式： N2 + 3H2 = 2NH3,解：用化学反应通式表示为： 0= - N2 - 3H2 + 2NH3,32,6 反应进度（extent of reaction),若反应前物质B的物质的量为nB(0),也是=0时B的物质的量，反应时间T后B的物质的量为nB（），也是=时的B的物质的量。这样，微分后得定义式为：,nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。=nB/B 对任一反应，有： nA/-A=nC/-C=nD/D=nG/G=,33,可以看出随反应进行nB增大或减少，也逐渐增大或减少，所以反应进度是表示反应进行程度的参数，由于是纯数，单位为摩尔。是不同于“
14、物质的量”的另一种新的物理量，但具有相同的量纲。未反应时为零。,反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。,对于反映：N2(g)+3H2 (g)=2NH3(g) 若反应进行到反应进度=1mol时，按定义 nN2 /-1=nH2/-3=nNH3/2=1-0 nN2=-1mol；nH2=-3mol；nNH3=2mol 上述反应=1mol时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了1mol的N2，3mol的H2，生成了2mol的NH3。若反应为： 1/2N2(g)+3/2H2 (g)=NH3(g)，有： nN2 /（-1/2）=nH2/（-3/2）=nNH3/1=1-0,34,=1mo
15、l时的含义为，该反应进行到这样的进度，消耗了1/2mol的N2，NH33/2mol的H2，生成了1mol的NH3。显然的单位是对整个反应而言，n是对某一物质而言，与方程式写法有关。 注意：反应进度与反应方程式是对应的。反应进度为1的反应也称为摩尔反应。 引入反应进度的优点是在反应进行到任何时刻时，可用任一反应物或任一生成物来表示反应进行的程度，所得的值总是相等的。,35,1.1.2 反应热的测量,热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。,摩尔反应热指当反应进度为1 mol时系统放出或吸收的热量。,思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计
16、测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？,答：定容反应热,（定容）反应热可在弹式量热计中精确地测量。测量反应热是热化学的重要研究内容。,36,1 反应热的实验测量方法,图1.3 弹式量热计,1 ) 测量装置及原理,37,38,2).测量方法与步骤： 准确称量反应物(固态或液态）装入钢弹 内，通入氧气，密封; 将钢弹安放在一钢质容器中，向容器内加入 足够的已知质量的水，使钢弹淹没，钢弹与 环境绝热; 精确测定系统的起始温度(T1); 电火花引发反应，测量系统(包括钢弹及内 部物质、水和金属容器等)的终态温度(T2)。,39,3).计算：,设有n mol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与恒温
17、水浴的温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的热容为Cs(JK-1)， 比热容为cs(JK-1kg-1 )，则：,40,C叫做量热计常数（calorimeter constant）为弹液(如水)和热量计部件(如杯体，钢弹,温度计,搅拌棒和引燃丝等)热容之和。,q-q(H2O)+qb -C(H2O)T+CbT -CT,41,示例,例1.1（P13） 联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l) 已知：,解：燃烧0.5g联氨放热为,42,2 热化学方程式,表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分
18、号或逗号隔开。例如：,标明反应温度、压力及反应物、生成物的 状态；,书写热化学方程式时应注意：,N2H4(l)+O2(g)=N2 (g) +2H2O (l)；,2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)；,若不注明T, p, 皆指在T=298.15 K，p=100kPa下。,43,反应热与反应式的化学计量数有关；,一般标注的是等压热效应qp。,思考：qp与qv相同吗？。,44,1.2 反应热的理论计算,并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：,2C(s) + O2(g) = 2CO(g),思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？,实验过程中无法控制生成产物完全是CO。,因此，只能用理论方
19、法来计算反应热。,45,1.2.1 热力学第一定律,封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热q，从环境得功w，则系统内能的增加U (U2 U1)为：,U = q + w,热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。,其中，内能现称为热力学能。,46,1 热力学能,符号：U ， 单位：J。 U 是状态函数； 无绝对数值。,包括分子平动能、 分子振动能、分子 转动能、电子运 动能、核能等,即内能系统内部能量的总和。,47,在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在温度差而交换的能量称为热。,符号：q ，单位：J；q不是状态函数； 系统吸热：q 0 ；系统放热：q 0,2 、热,热力学中
20、将能量交换形式分为热和功。,48,3、功,系统与环境交换能量的另一种形式功,符号： W ，单位：J。 W 不是状态函数；系统对环境作功: W 0。,49,在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。,由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体。所有其它的功统称为非体积功w 。,思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2) 钢瓶中；将理想气体的温度提高20C时，是否做了体积功？,1)做体积功，2)未做体积功。,w= w体+ w ,50,等外压过程中，体积功 w体= p 外(V2 V1) = p外V,p外 = F / A，l = V / A 因此，体积功 w体
21、= F l = (p外 A) (V/A) = p外 V,图1.4 体积功示意图,51,设有摩尔气体放入汽缸内，下面有恒温器，在恒温下进行。并设活塞无重量，与汽缸无摩擦。放上4个砝码表示4个大气压，用以调节外压。通过两个途径恒温膨胀。 甲：降为1个大气压，一次膨胀，乙3次。 W甲=-P外V=-V W乙=-（3V1+2V2+V3）=-（V+2V1+V2）=-（W甲+2V1+V2） 由此可见，系统始态和终态固定，一次膨胀所做的功小于三次。功与途径有关，若外压无限小，多次功（可逆）最大。,52,热无序能；功有序能；能的品位不同。,一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热q ，得功w，变到状态2,热力学能
22、U2，则有：,U1,U2,q 0,w 0,4、热力学第一定律的数学表达式,53,1. 2. 2 化学反应的反应热与焓,通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。,根据反应条件的不同，反应热又可分为：,定容反应热 恒容过程，体积功w体 = 0，不做非体积功 w =0时，所以， w= w体+ w =0 ，qV = U,定压反应热 恒压过程，不做非体积功时， w体= p(V2V1)，所以 qp = U + p(V2V1),可以利用这两个公式计算反应热。,54,1 焓, qP =U + p(V2 V1) = (U2 - U1)+ p(V2 V1) = (U2 + p 2V2)
23、 (U1 + p 1V1),公式qp =H 的意义： 等压热效应即为焓的增量，所以可以通过H的计算求出qP 的值。,令 H = U + p V 则qp =H2 H1=H,H 称为焓，是一个重要的热力学函数。,思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？,是状态函数，但不能知道它的绝对数值。,55,2 定容反应热与定压反应热的关系,已知 定容反应热：qV = UV； 定压反应热：qp = Up + p(V2 V1) 等温过程， Up UV，则：,对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。,H U = qp qV = p(V2 V1
24、),思考：若反应 C(石墨) + O2(g) CO2(g) 的qp,m为393.5kJmol 1，则该反应的qV,m 为多少？,该反应的n(g) = 0， qV = qp,所以 对于没有气态物质参与的反应或n(g) 0的反应，qV qp 对于有气态物质参与的反应，且n(g)0的反应，qV qp,=（nG+nD-nA-nC）RT,56,因为=nB/B 所以nB=B,57,3 盖斯定律,化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。,始态 C(石墨) + O2(g),终态 CO2(g),中间态 CO(g) + O2(g),即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。,58,盖
25、斯定律示例,由盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。,解：,59,应用代数运算法时必须注意两点： 、只有条件（如温度）相同的反应和聚集状态相同的同一物质，才能相加减。 反应条件、聚集状态相同的同一物质才能加减。 、将方程式同乘或除一系数时，该反应热效应也应同乘或除一系数。 方程式乘或除系数，反应热效应也应同乘或除。,60,1.2.3 反应标准摩尔焓变的计算,1 热力学标准态：,61,2 标准摩尔生成焓,水和离子的相对焓值：规定以水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。fHm0（H+，298.15）=0,思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反应物和生成物都是标准态)?,(1) (2
26、) (3),指定单质通常指标准压力和该温度下最稳定的单质。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l) 等。但P为白磷(s)，即P（s，白）。,62,3 标准摩尔焓变及测定,测定原理： 由于qp =H 所以可以通过在标准状态下测定恒温恒压条件下的反应热得到反应标准摩尔焓变.,标准状态下,反应进度 = 1mol的焓变称为反应的标准摩尔焓变:记作,63,4 反应的标准摩尔焓变的计算,稳定单质,可从手册数据计算298.15K时的标准摩尔反应焓.,64,已知：fHm0（NH3，g,298.15）=-46.0kJ/mol fHm0（NO，g,298.15）=90.4 kJ/mol fHm0（H2O，g,298.1
27、5）=-241.8 kJ/mol 4NH3(g)+5O2(g) Hm 4NO(g)+6H2O (g) Hm 1 Hm2 2N2+6H2+5O2 Hm 1=5fHm (O2)+4 fHm0 （NH3）=4(-46.0)+50=-184.0 kJ/mol Hm 2=4 fHm0 (NO)+6 fHm0 （H20）=490.4+6(-241.8)=-1089.2kJ/mol 由盖斯定律：Hm 1+Hm =Hm 2 Hm =Hm 2-Hm 1 =4fHm (NO)+6fHm（H20）-5fHm (O2)+4fHm（NH3） =-1089.2-（-184.0）=-905.2 kJ/mol,65,标准摩尔
28、反应焓变计算示例,解：从手册查得298.15K时Fe2O3和Al2O3的标准摩尔生成焓分别为824.2和1675.7kJmol-1。,66,例3：计算反应 Zn(S)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(S)的标准摩尔焓变。 解： Zn(S)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(S),fHm/kJ.mol-1 0 64.77 -153.89 0,(-153.89)+0-0-64.77kJ.mol-1 -218.66 kJ.mol-1,67,注意事项,物质的聚集状态，查表时仔细,应用物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓时需要注意,公式中化学计量数与反应方程式相符,数值与化学计量数的选配
29、有关；,68,复习：U = q + w U = qv （定容，w0） H = qp （定压，w0 ),标准摩尔生成焓fHm 处于标准压力下的稳定单质生成标准压力下1mol纯物质的反应焓叫做物质的标准摩尔生成焓。,反应的标准摩尔焓变rHm 由标准摩尔生成焓计算反应的标准摩尔焓变公式为,69,1-3 能源及其有效与清洁利用,能源是指能提供能量的源泉或资源。人类的文明始于火的使用，燃烧现象是人类最早的化学实践之一，燃烧把化学与能源紧密地联系在一起。人类巧妙地利用化学变化过程中所伴随的能量变化，创造了五光十色的物质文明。,现代社会的生产和生活离不开能源。能源既是工农业生产中必需的物质基础，也是人类赖以
30、生存的物质条件之一。随着社会的发展，能源供需之间将会出现越来越尖锐的矛盾。因此，如何节约能源，研究和发展利用新能源，就引起了世界范围内极大的关注。,70,1.3 常见能源及其有效与清洁利用,能源是自然界中为人类提供能量的物质资源。,能源是当今社会的三大支柱（材料、能源、信息）之一。,能源是我们赖以生存的重要物质基础。,71,1.3.1 世界能源的结构与能源危机,1.能源的分类,表1.2 能源的分类,72,2 能量消耗前六名的国家,图1.8 世界六国消耗的一次能源比例及总比例（占世界）,73,2 世界能源的结构和消耗,图1.7 世界消耗的一次能源结构,74,75,1.3.2 煤炭与洁煤技术 煤炭
31、的成分与热值,煤炭的主要成分：,碳、氢、氧；少量氮、硫、磷等。,76,思考：我国能源结构的特点是什么？,我国的能源结构中，煤炭占据重要地位：占总能量的70%以上。此外，我国也是世界上煤炭储量最大的国家之一，因此，如何高效、科学、清洁地利用煤炭资源是我国能源科学和研究中的重要课题。,我国煤炭的一个特点是煤炭中含硫量较高，煤炭中的硫在燃烧时生成二氧化硫。大气中的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。,77,1.3.3 石油和天然气,石油,石油是多种烃类的混合物，其中含有链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧、含硫的有机物。,思考：世界原油储量最大的地区在哪儿？我国的原油产地在哪儿？,世界原油储量最大的地区是中东
32、。我国的原油产地在东北、西北和山东（黑龙江省的大庆油田、新疆的克拉玛依油田和山东省的胜利油田是中国三大油田）。,78,1 石油燃料产品,石油经过分馏和裂解等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油和沥青等产品。,思考：以上产品中最重要的是什么？,汽油。,95%的汽油用于驱动汽车。衡量汽油质量的一个重要指标是辛烷值。直馏汽油的辛烷值约为5572之间，在汽油中加入少量四乙基铅可以将辛烷值提高到7988，为了防止铅在汽缸中沉积，加入少量二溴乙烷，使生成挥发性的溴化铅，与尾气一同排入大气。,思考：汽车尾气污染物是什么？如何解决？,主要污染物：NO、CO、HC和含铅化物等。 解决方法：采用无铅汽
33、油，对汽车尾气进行催化净化。,79,2 天然气,天然气是低级烷烃的混合物，主要成分是甲烷，常与石油伴生。其热值约为55.6MJ kg-1。,天然气的优点：,可直接应用,易于管道输送,污染少,80,3 沼气和生物质能,植物残体在隔绝空气的情况下发生自然分解时产生的气体称为沼气。,沼气约含60%的甲烷，其余为二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。,思考：可用哪些原料制备沼气？如果你来自农村，你家使用过沼气吗？,农村一般用人畜粪便、杂草等制取沼气。,都是。沼气也属于生物质能。柴火是生物质能的直接利用。,思考：沼气和柴火是生物质能吗？,81,光合作用是生命活动中的关键过程，植物光合作用的简单过程如下：
34、 植物 水 + 二氧化碳-有机体 + 氧 太阳能,生物质能的现代利用： 将植物枝杆等在汽化炉中加压汽化制成可燃气体。 发电,82,4 可燃冰未来的新能源,天然气被包进水分子中，在深海的低温高压下形成的透明结晶，外形似冰，用火柴一点就着，故称“可燃冰”。 CH4xH2O (s)。,形成条件：低温高压如0，76 MPa。 储量：数据相差较大。总量相当于161万亿吨煤，可用100万年；是地球上煤、石油和天然气能量总和的23倍。 分布：深水大陆架和陆地永久冻土带。我国东海、南海有大量可燃冰，约相当于全国石油储量的一半。 开采难，储量丰富。,83,1.3.4 煤气和液化气,思考：与煤气相比，液化气有哪些
35、优点？,无毒、低污染、热值高于煤气。,液化气作动力 绿色汽车 燃料电池（各国竞争发展）。,84,1.4 清洁能源与可持续发展,思考：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是无限的(不考虑太阳的寿命)？,矿物能源（煤炭和石油）是有限的，来自宇宙的能源（如太阳能）和核能是无限的。,1992年，联合国环境于发展大会上提出了社会、经济、人口、资源和环境协调发展的口号。能源作为最紧缺的资源对人类社会的可持续发展起着关键的作用。,85,1.4.1 能源开发与可持续发展,我国能源结构不合理，优质能源比重太小。必须合理开发及进一步开发新能源，才能实现可持续发展。,图1.9 治理前的热电厂,最有希望的清洁能源是氢
36、能、太阳能以及核能和生物质能等。,可持续发展三原则：公平性、共同性和持续性。,86,1.4.2 氢能,氢能是一种理想的二次清洁能源。,氢能的优点 热值高，其数值为142.9MJ kg-1。 燃烧反应速率快，功率高 原料是水，取之不尽 产物是水，不污染环境,思考：用氢作能源目前还存在一些问题，你认为是哪些方面的问题？,经济的制备方法，安全高效的储运方法和有效地利用。,87,1 氢气的制取,太阳能光解,电解,思考：用电解的方法大规模制取用作能源的氢气可行吗？,从经济上考虑是不可行的。,利用太阳光的能量催化分解水得到氢气，最有前途的制氢方法。是研究的热点。,88,2 氢气的储运,氢气的密度小，且极难
37、加压液化，因此氢气的储存和运输是一个比较困难的问题。,合金贮氢法,原理：氢可以与某些合金在较高的压力下生成化合物，这些化合物在合适的条件下可以释放出氢气。如镧镍合金：,开发研究贮氢合金材料是当今材料科学领域的热门分支。,89,1.4.3 太阳能,太阳能是一种取之不尽、用之不竭的天然核聚变能。太阳能的利用不会引起环境污染，不会破坏自然生态。因此是人类最可靠、最有前景的能源形式。,思考：如何利用太阳能？,太阳能的利用方法是将太阳能转换为更方便使用的能量形式，主要有以下三种：,转换为热能 转换为电能 转换为化学能,图1.10 太阳能电池,90,1 转换为热能,思考：太阳能热水器的工作原理？,太阳能热
38、水器是目前广泛利用太阳能最典型的一个例子。其原理就是将太阳能转换为热能，是目前直接利用太阳能的最主要方式。,将光能转换为热能的关键是吸收材料，一般选用黑色、表面粗糙的材料以减少反射，增加对光子的有效吸收。,思考：太阳光能的缺点是什么？,1、能量密度低，因此设备的表面积必须很大。 2、对天气的依赖性强。,91,2 转换为电能,思考：你能举出光能转换为电能的例子吗？,光电池是人们最感兴趣的将光能转换为电能的一种设备。当光照射到一些半导体材料上时，半导体材料中的电子就可以吸收光子而跃迁到导带并产生电动势。,光电池在收音机、计算器、汽车、飞机、人造卫星等航天器的仪表等方面已经有广泛的应用。,92,3 转换为化学能,植物能够从空气中的二氧化碳和根部吸收的水，利用太阳能进行光合作用合成碳水化合物而以化学能的形式储存能量。,思考：你能举出一些将光能转换为化学能的例子吗？,太阳能光解制氢是近几年的热门研究课题。这是将太阳能转换为化学能的一种最有效的方法。,模拟光合作用也是各国科学家感兴趣的课题。,思考：如果你烧过柴火，你有没有意识到你正在间接地利用太阳能？,93,本章小结,掌握热力学基本概念（如状态函数、热力学标准态、反应进度、焓等）和定容热效应q的测定; 理解热化学定律及其应用；掌握反应的标准摩尔焓变的近似计算； 了解能源的概况和我国能源的特征，及可持续发展战略。,