第二章化學(xué)與能源-1

1、 2.1 能源現(xiàn)狀 2.2 常規(guī)能源 2.3 新能源開發(fā) 2.4 化學(xué)電源2012年全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 煤是一種碳質(zhì)巖石，由一定地質(zhì)年代生長的繁茂植物，在適宜的環(huán)境中，逐漸堆積成厚層，并埋沒在水底和泥沙中，經(jīng)過漫長的天然煤化作用而形成的。根據(jù)煤化程度的不同，分為泥炭、褐煤、煙煤、無煙煤4類, 含碳量分別是5060% 、 5070% 、 7080% 、95% 。我國是世界產(chǎn)煤炭第一大國，出口第二大國。一、煤最主要的固體燃料3億年前的古生代泥煤褐煤煙煤“化石能源”無煙煤u 煤的形成煤炭形成視頻http:/成巖作用成巖作用煤化作用煤化作用無煙煤（含碳量95%左右）褐煤(含碳量50%-70%）u 煤的結(jié)

2、構(gòu)片斷示意圖：所含元素：C、H、O、N、S、P由有機(jī)物和無機(jī)物所組成的復(fù)雜的混合物.200-300年世界煤炭的儲(chǔ)備和分布世界煤炭的儲(chǔ)備和分布 u 煤的利用方式直接燃燒1.熱效率低；2.化學(xué)利用率低；3.嚴(yán)重污染環(huán)境。煤的綜合利用 煤的干餾 （焦化）煤干餾煤干餾是煤化工的是煤化工的重要過程之一，是指煤在隔絕空氣條件下重要過程之一，是指煤在隔絕空氣條件下加熱、分解，加熱、分解，生成焦炭、煤焦油、焦煤氣等生成焦炭、煤焦油、焦煤氣等產(chǎn)物的過程。產(chǎn)物的過程。高溫干餾（高溫干餾（90090011001100）中中溫溫干餾（干餾（700700900900）低溫干餾低溫干餾 ( (500500600600)加

3、熱終溫加熱終溫黑色半焦，煤氣產(chǎn)率低，焦油產(chǎn)率高；銀灰色焦炭，煤氣產(chǎn)率高而焦油產(chǎn)率低干餾的實(shí)驗(yàn)裝置：干餾產(chǎn)品： 焦炭在高溫隔絕空氣時(shí)可以與石灰反應(yīng)生成碳化鈣（電石），并用于制備氣焊中的乙炔氣。CaOCCaC2CO+3000 C0石灰焦炭電石 一氧化碳電爐3CaC2+ 2H2OCa(OH)2+ C2H2170 0C以下：苯、甲苯、二甲苯、苯的同系物； 170 230 ：酚類和萘； 230 以上：復(fù)雜的芳香族化合物； 殘?jiān)撼砗竦暮谏珵r青。 煤焦油是含有多種芳香族化合物的復(fù)雜的混合物,可以通過分餾的方法使其中的重要成分分離出來。實(shí)驗(yàn)室分餾裝置煤的綜合利用 煤的氣化煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下

4、使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑（如蒸汽/空氣或氧氣等）發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w和CO2、N2等非可燃?xì)怏w的過程。在高溫下與水蒸氣作用可得水煤氣：C+H2OCO+H2(g)合成氣或水煤氣與有限的空氣和水蒸氣反應(yīng)就可得半煤氣：水蒸氣煤空氣CO+H2+N2+主要反應(yīng)有：燃?xì)饷簹庵卸荆貉t素Fe原子與CO結(jié)合力大于O2原子半煤氣的另一個(gè)用途是小型化肥廠合成氨的原料：水氣轉(zhuǎn)換，提高H2含量CO+ H2OCO2+H2催化劑催化劑N2 + 3 H22 NH3催化劑催化劑合成氨反應(yīng)：二、石油工業(yè)的血液u 石油的形成石油是遠(yuǎn)古時(shí)代沉積在海底湖泊中的動(dòng)植物的遺體，在海洋條件作用下（

5、地?zé)峄虻貕旱茸饔茫?，?jīng)過千百萬年的漫長轉(zhuǎn)化過程而生成。石油大多集中在沙巖之類孔隙較多的巖石層中。50年成份：由各種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成的烴類混合物。烴類化合物（碳?xì)浠衔铮┓诸悾和闊N（C-C）烯烴 （含C=C）炔烴 (含CC)乙烴甲烷烴類化合物命名（中國化學(xué)會(huì)） 碳原子數(shù)1-10的直鏈烷烴，我國采用天干體系，即用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸代表碳原子數(shù)；11個(gè)以上碳原子用數(shù)字稱呼。正丁烷異丁烷同分異構(gòu)體C4H10丁烷辛烷C8H18C18H38 十八烷u 石油煉制分餾石油是烴的混合物，因此沒有固定的沸點(diǎn)。含碳原子數(shù)越少的烴，沸點(diǎn)越低。因此，在給石油加熱時(shí)，低沸點(diǎn)的烴先汽化，經(jīng)過冷凝

6、液化后分離出來。隨著溫度的升高，較高沸點(diǎn)的烴再汽化，經(jīng)過冷凝化后又分離出來。這樣不斷地加熱汽化和冷凝液化，就可以把石油分成不同沸點(diǎn)范圍產(chǎn)物。這種方法叫石油的分餾。分餾出來的各種成分叫做餾分。每一種餾分仍然是多種烴的混合物。分餾產(chǎn)品分餾產(chǎn)品分餾產(chǎn)品 分子中含碳原子數(shù)分子中含碳原子數(shù) 沸點(diǎn)范圍沸點(diǎn)范圍 用途用途 溶劑油溶劑油 C C5 5CC6 6 30150 30150 0 0C C 油脂、橡膠、油漆油脂、橡膠、油漆生產(chǎn)中作溶劑生產(chǎn)中作溶劑 汽油汽油 C5C11 220 220 0 0C C 以下以下 （80-80-200 200 0 0C C）飛機(jī)、汽車等汽油飛機(jī)、汽車等汽油機(jī)燃料機(jī)燃料 航空

7、煤油航空煤油 C C1010CC1515 150250 150250 0 0C C 噴氣式飛機(jī)燃料噴氣式飛機(jī)燃料 煤油煤油C C1111CC16 16 180310 180310 0 0C C 拖拉機(jī)用燃料，工拖拉機(jī)用燃料，工業(yè)洗滌劑業(yè)洗滌劑 柴油柴油 C C1515CC1818 200360 200360 0 0C C 重型汽車、軍艦、重型汽車、軍艦、輪船、坦克、拖拉輪船、坦克、拖拉機(jī)等各種高速柴油機(jī)等各種高速柴油機(jī)燃料機(jī)燃料 潤滑油潤滑油 C C1616CC2020 360 360 0 0C C以上以上機(jī)械上的潤滑劑、機(jī)械上的潤滑劑、減少機(jī)械磨損、防減少機(jī)械磨損、防銹銹 凡士林凡士林 液態(tài)

8、烴和固態(tài)烴混液態(tài)烴和固態(tài)烴混合合 潤滑劑、防銹劑潤滑劑、防銹劑 石蠟石蠟 C C2020CC3030 制蠟紙、絕緣材料制蠟紙、絕緣材料 瀝青瀝青 C C3030CC4040 鋪路、建筑材料、鋪路、建筑材料、防腐涂劑防腐涂劑 石焦油石焦油 主要成分主要成分 C C 制電極、生產(chǎn)制電極、生產(chǎn)SiC SiC 石油分餾產(chǎn)品及其用途石油分餾產(chǎn)品及其用途汽油小常識(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震現(xiàn)象：內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火和排氣4個(gè)沖程。其中，點(diǎn)火這一動(dòng)作必須在氣缸的活塞把汽油蒸汽壓縮到汽缸的另一端底處時(shí)才能實(shí)施。然而，若汽油質(zhì)量不佳，在活塞只壓到一半時(shí)已發(fā)生自燃造成壓力驟增，把本來應(yīng)該繼續(xù)向前的活塞硬推了回去，

9、造成機(jī)械裝置的嚴(yán)重不協(xié)調(diào)。此時(shí)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生震動(dòng)，發(fā)出猛烈的金屬敲擊聲，這就是所謂的爆震現(xiàn)象。汽油性能的表征辛烷值(汽油對(duì)爆震的特別阻抗標(biāo)準(zhǔn))自燃點(diǎn)低的烴類成分越多，汽油的質(zhì)量就越差。正庚烷（C7）自燃點(diǎn)為223；異辛烷（2，2，4-三甲基戊烷）自燃點(diǎn)為418 。自燃點(diǎn)從低到高的順序：直鏈烴 支鏈烴，環(huán)烷烴 芳香烴“異辛烷”抗爆震性較好，辛烷值定為100； “正庚烷” 抗爆震性差，辛烷值定為0。例： 92#汽油，就是它的抗爆震度與92異辛烷和8正庚烷混合物的抗爆震度相同。汽油的抗震性能用“辛烷值”表示：把汽油的抗震性與這兩種烴的不同成分的混合物相比較，就可得到該汽油的相對(duì)辛烷值。辛烷值越高，

10、汽油的質(zhì)量越好！如何提高汽油品質(zhì)（辛烷值）？ 添加抗暴劑：二溴乙烷乙醇或甲醇四乙基鉛 0.1% 組合汽油：辛烷值提高 13-17； 氧化鉛 （固體，磨損氣缸）二溴化鉛（隨廢氣排出） 污染大氣上海市 1997年10月1日 禁用含鉛汽油全國 2000年1月1日發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)甲基叔丁基醚 催化重整/裂化：催化重整： 將汽油送入高溫反應(yīng)器，在催化劑作用下，將直鏈烴轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀键c(diǎn)較高的支鏈烴或芳香烴，從而有效的提高汽油的辛烷值。催化裂化：裂化就是在一定條件下，將碳原子數(shù)較多的碳?xì)浠衔锓纸鉃楦鞣N小分子的烷烴類，以增加汽油的產(chǎn)量。一、核能-魔鬼與魔鬼與天使天使1. 原子結(jié)構(gòu) u 道爾頓原子學(xué)說 (1803年)

11、一切物質(zhì)都是由最小的、不可再分的微粒原子構(gòu)成；原子是堅(jiān)實(shí)的、不可再分的實(shí)心球；1897年，英國物理學(xué)家J.J. Thomson利用陰極射線管（研究低壓氣體的放電時(shí)）發(fā)現(xiàn)。測(cè)出電子的荷質(zhì)比為 -e/me = -1.76 1011 Ckg-1打破了“原子不可再分”的概念；ABC英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家J J Thomson(18561940年)人們稱他是“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”9位學(xué)生獲諾貝爾獎(jiǎng)，包括他的兒子。 19061906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 1895年起，M. Curie等人發(fā)現(xiàn)一些原子不穩(wěn)定，具有放射性 (radioactivity)。核衰變主要有

12、三種類型： -衰變 ( -radiation)：氦核42He ( 粒子He2+) -衰變 ( -radiation)：電子 ( 粒子) -衰變 ( -radiation)：高能光子 ( 射線)多數(shù) 粒子通過金箔，少數(shù)產(chǎn)生很小的偏轉(zhuǎn)，而極少數(shù)粒子折回；歐內(nèi)斯特盧瑟福(英)Ernest Rutherford ，1871-1937 1911年，盧瑟福 (E.Rutherford)通過對(duì)高速 粒子(He2+)對(duì)金箔的轟擊而產(chǎn)生散射現(xiàn)象，提出了原子有核模型。遇到質(zhì)量很大、體積很小且?guī)д姾傻暮?！u 原子有核模型(1911年)原子直徑 10-10m 原子核 10-15m 質(zhì)子 (proton) 1919年

13、，盧瑟福 利用 粒子轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，并證實(shí)質(zhì)子是原子核的組成部分。質(zhì)子-電子質(zhì)量比 mp/me = 1 836.152 6675 中子 (neutron) 于1932年由英國物理學(xué)家查德威克（J. Chadwick）發(fā)現(xiàn)。質(zhì)量同質(zhì)子一樣，不帶電性NHeOH+Be+HeCn+1474217811944212610原子核核外電子（帶負(fù)電）質(zhì)子（帶正電） 中子原子內(nèi)結(jié)構(gòu)粒子之間的數(shù)量關(guān)系:XAZ原子核符號(hào)表示：原子序數(shù)(Z) = 質(zhì)量數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)質(zhì)子數(shù)（P）+中子數(shù)（N）元素周期表 氫 （H） 101碳（C） 661216氧（O） 8中子數(shù)16868146同位素：

14、原子序數(shù)相同，原子質(zhì)量因中子數(shù)不同而不同 的元素。 鈾（U） 92146238929214323592質(zhì)子數(shù) 8電子數(shù)質(zhì)量數(shù)H11C126C146O168U23892U23592原子核符號(hào) Z 1.6時(shí)時(shí)(Z84 釙釙 Po)，原子核發(fā)生自發(fā)裂變，原子核發(fā)生自發(fā)裂變； 核核愈穩(wěn)定，核子結(jié)合時(shí)釋放的能量也愈大，這能愈穩(wěn)定，核子結(jié)合時(shí)釋放的能量也愈大，這能量稱為核的量稱為核的結(jié)合能結(jié)合能。 核核的結(jié)合能計(jì)算用的結(jié)合能計(jì)算用愛因斯坦的質(zhì)愛因斯坦的質(zhì)能能方程方程: :E = E = m m c c2 2 一個(gè)質(zhì)子和中子的靜止質(zhì)量分別為一個(gè)質(zhì)子和中子的靜止質(zhì)量分別為1.00728 u和和1.00867

15、u。氦原子核（。氦原子核（He）質(zhì)量）質(zhì)量應(yīng)為應(yīng)為4.03190 u，但實(shí)，但實(shí)際氦原子核的靜止質(zhì)量為際氦原子核的靜止質(zhì)量為4.00150 u，相差質(zhì)量，相差質(zhì)量0.03040 u，稱為，稱為質(zhì)量質(zhì)量虧損虧損（1u = 1.660565510 -27 kg) 。 該質(zhì)量差可該質(zhì)量差可轉(zhuǎn)化的能量轉(zhuǎn)化的能量為：為： E = m c2= 0.03040 u1.660565510 - 27 kg u - 1 (2.99793 10 8 m s -1) 2 = 4.536910 - 12 J（負(fù)值，放出能量）（負(fù)值，放出能量）核子平均結(jié)合能：核子平均結(jié)合能： E/核子數(shù)（核子數(shù)（核子核子相對(duì)穩(wěn)定性）相對(duì)

16、穩(wěn)定性）核子平均結(jié)合能曲線將一個(gè)相對(duì)不穩(wěn)定的原子核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)更穩(wěn)定的原子核，會(huì)釋放能量。大核裂變?yōu)橹械却笮〉暮诵『司圩優(yōu)榇蠛俗园l(fā)核反應(yīng)：誘導(dǎo)核反應(yīng)：NHeOH+Be+HeCn+1474217811944212610天然放射性元素，Ra-228粒子轟擊（中子、射線）u 核裂變92 U+n XeSrBaKrIY(氙 ）（ 氪 ）（ 鍶 ）（ 鋇 ）（ 釔 ）（ 碘 ）235012341391439590135383639535456010101nnn+U23592 1 kg 23592U的核全部裂變時(shí)所產(chǎn)生的能量相當(dāng)于2500 噸左右優(yōu)質(zhì)煤燃燒時(shí)所放出的熱量。 濃縮鈾 中子降能法 中肯質(zhì)量（臨界體

17、積）0.7% 2%分離同位素法：氣體擴(kuò)散、氣體離心法等分離同位素法：氣體擴(kuò)散、氣體離心法等能量 1/40eV，U-238不吸收減速劑（重水、石墨） 石墨反應(yīng)堆 重水反應(yīng)堆n鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（爆炸）可控核反應(yīng)（反應(yīng)堆）鎘棒，可控的吸收多余中子人們將核反應(yīng)堆形象地比喻為核電站的“鍋爐”，在這種“鍋爐”里燒的是鈾、钚等核燃料。在一般鍋爐里的燃料如煤、燃油等都是越燒越少，而“快堆”的“燃料”卻越燒越多，成了魔爐。中國實(shí)驗(yàn)快堆:2011年7月成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。在“快堆”中用的核燃料是239Pu(钚b)。1個(gè)239Pu吸收1個(gè)快中子發(fā)生裂變反應(yīng)，會(huì)放出2.45個(gè)快中子，除去1個(gè)用于鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)后，剩下的1.45個(gè)

18、快中子會(huì)被裝在反應(yīng)區(qū)周圍的238U（大量存在）吸收，產(chǎn)生1.45個(gè)新的核燃料原子239Pu 。就是說在核鍋爐中一邊“燒”掉，又一邊使238U轉(zhuǎn)為成新的，而且新產(chǎn)生的比“燒”掉的還多。這就使“快堆”的燃料越燒越多?！翱於选痹鲋澈巳剂习砚欃Y源的利用率大大提高了，因?yàn)樗媒鉀Q了熱中子核反應(yīng)堆產(chǎn)生的大量238U廢料堆積問題。因此“快堆”被人們稱為“明天的核電站鍋爐”。 軍事：原子彈1945年7月美國第一顆原子彈“小男孩”“胖子” 廣島長崎 二戰(zhàn)期間1949年1952年1960年1964年蘇聯(lián)英國法國中國U-235Pu-239 動(dòng)力應(yīng)用：核電站、核潛艇 同位素應(yīng)用： 醫(yī)學(xué)應(yīng)用：射線消毒、掃描、手術(shù)等C

19、-14測(cè)文物年代標(biāo)記原子（示蹤原子）:水(D2O)在人體內(nèi)停留時(shí)間為2星期； 化學(xué)反應(yīng)歷程 酯化反應(yīng)（18O）C-14半衰期 5730年，活體從外界吸收C-14，含量基本不變；生物死亡之后，體內(nèi)C-14含量不斷減少，從其減少量可推斷生物死亡時(shí)間。1. 放射性廢料的危害 2. 放射性核廢料的處理放射性輻射超過一定水平，就能殺死生物體的細(xì)胞，妨礙正常細(xì)胞分裂和再生，引起細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的突變。“天葬天葬”：核廢料先固化成玻璃塊，裝到特制的核廢料先固化成玻璃塊，裝到特制的合金棺中合金棺中，外面，外面裝上隔熱外套，裝上隔熱外套，然后送入太空；然后送入太空；“火葬火葬”：把把放射性物質(zhì)放放射性物質(zhì)放入深坑

20、內(nèi)入深坑內(nèi)，用特制的蓋，用特制的蓋子把坑頂蓋好。將空氣凈化器上的一根導(dǎo)管從蓋子子把坑頂蓋好。將空氣凈化器上的一根導(dǎo)管從蓋子上插入坑內(nèi)，坑內(nèi)裝個(gè)碳電極，電極接通后，就上插入坑內(nèi)，坑內(nèi)裝個(gè)碳電極，電極接通后，就會(huì)產(chǎn)生一股強(qiáng)大的電流，使坑內(nèi)的泥土溫度上升到會(huì)產(chǎn)生一股強(qiáng)大的電流，使坑內(nèi)的泥土溫度上升到幾百度幾百度。泥土泥土開始溶化，使核廢料均勻地分布在漿開始溶化，使核廢料均勻地分布在漿狀的泥石溶液里。當(dāng)溶化的泥石漿冷卻后，與核廢狀的泥石溶液里。當(dāng)溶化的泥石漿冷卻后，與核廢料一起形成了一種類似天然巖石的堅(jiān)硬物質(zhì)料一起形成了一種類似天然巖石的堅(jiān)硬物質(zhì)，最后，最后用泥土把坑封死，一切放射性物質(zhì)均被圍困在里面

21、，用泥土把坑封死，一切放射性物質(zhì)均被圍困在里面，不會(huì)外泄不會(huì)外泄?！八崴帷保簩⑸詈Ｗ鳛楹藦U料的墓場。將核廢料將深海作為核廢料的墓場。將核廢料裝入密封的合金棺，再用混凝土密封在海底下面。裝入密封的合金棺，再用混凝土密封在海底下面。u 核聚變輕原子核聚合成較重原子核并放出巨大能量的過程，由于核間的相互排斥作用，常溫下難以自發(fā)進(jìn)行。太陽等恒星內(nèi)部所進(jìn)行的正是由氫核聚變成氦核的過程。在太陽等恒星內(nèi)部溫度極高，輕核能獲得足夠的動(dòng)能來克服核間斥力，而自動(dòng)發(fā)生持續(xù)核聚變。（和分別代表光子和伽瑪射線；01 e和 0+1 e分別代表電子和正電子）： H114He42+2e+2v+r23+ M eV26氫彈中

22、核聚變H31+H21He42+n100+1 1942年流亡到美國的匈牙利物理學(xué)家特勒年流亡到美國的匈牙利物理學(xué)家特勒(E. Teller) 提出有可能用提出有可能用原子彈爆炸所產(chǎn)生的高溫來引原子彈爆炸所產(chǎn)生的高溫來引發(fā)輕核聚變反應(yīng)發(fā)輕核聚變反應(yīng)（當(dāng)時(shí)美國即將制造出第一顆原子（當(dāng)時(shí)美國即將制造出第一顆原子彈）。彈）。1944年費(fèi)米算得在地球上氘核單獨(dú)聚變的點(diǎn)火年費(fèi)米算得在地球上氘核單獨(dú)聚變的點(diǎn)火溫度為溫度為4 4億度億度，而氘和氚實(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)的點(diǎn)火溫度為，而氘和氚實(shí)現(xiàn)熱核反應(yīng)的點(diǎn)火溫度為5000萬度萬度。原子彈爆炸所產(chǎn)生的高溫足夠?yàn)殡碗盁帷Ｔ訌棻ㄋa(chǎn)生的高溫足夠?yàn)殡碗盁岷朔磻?yīng)的點(diǎn)火。核反

23、應(yīng)的點(diǎn)火。1952年美國在馬紹爾群島上成功地爆年美國在馬紹爾群島上成功地爆炸了第一顆以液態(tài)氘和氚為燃料的氫彈，這顆氫彈重炸了第一顆以液態(tài)氘和氚為燃料的氫彈，這顆氫彈重65噸，爆炸力約為噸，爆炸力約為1000萬噸萬噸TNT，是廣島爆炸的原子，是廣島爆炸的原子彈的彈的500倍倍。同樣質(zhì)量的核燃料，聚變反應(yīng)比裂變反。同樣質(zhì)量的核燃料，聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)放出更高的能量。應(yīng)放出更高的能量。 科學(xué)家們?cè)鴮?duì)常溫下能否實(shí)現(xiàn)核聚變作了大量研究，至今仍未成功。目前人工核聚變只能在氫彈爆炸和有加速器產(chǎn)生的高能粒子碰撞中實(shí)現(xiàn)。1967年6月17日，在我國西部地區(qū)成功地爆炸了第一顆氫彈。這次試驗(yàn)是中國繼第一顆原子彈爆炸

24、成功后，在核武器發(fā)展方面的又一次飛躍，標(biāo)志著中國核武器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新階段。太陽能即太陽輻射能，它是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)太陽能即太陽輻射能，它是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。過程產(chǎn)生的能量。二、太陽能-能源之母光-熱轉(zhuǎn)換：太陽能光熱灶，太陽能高溫爐光-化學(xué)轉(zhuǎn)換：光化學(xué)反應(yīng)光電轉(zhuǎn)換：太陽能電池三、可燃冰未來的新能源未來的新能源可燃冰是一種無色透明冰狀晶體，是甲烷和水所形成的一種籠型氣體水合物，水分子通過氫鍵相互吸引構(gòu)成籠，甲烷分子就存在在這種籠中，甲烷分子與水分子間通過范德華力相互吸引而形成籠型水合物。它還是一種清潔的能源，燃燒幾乎不會(huì)產(chǎn)生有害的污染物質(zhì)。據(jù)分析，1立方米

25、可燃冰含有200多立方米的甲烷氣體。 “天然氣水合物天然氣水合物” 思考題：一般化學(xué)變化和核反應(yīng)的區(qū)別？化學(xué)電源是利用化學(xué)反應(yīng)所得的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，即電池?；瘜W(xué)電池分類一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池鋰離子電池普通鋅錳干電池鋅銀紐扣電池Zn（活潑金屬）失去核外電子，變?yōu)閹д姾傻腪n2+ ; 銅離子得到電子變?yōu)殂~原子； 電子發(fā)生就地轉(zhuǎn)移，無電流產(chǎn)生；氧化還原反應(yīng)（有電子轉(zhuǎn)移或電子得失）負(fù)極正極原電池 (Galvanic cell)：利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。1.兩個(gè)電極表面分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)；2.電子流過外電路；3.離子流過電解質(zhì)溶液

26、（鹽橋）；同時(shí)發(fā)生三個(gè)過程：一、原電池負(fù)極 (電子流出)：22ZnZne正極 (電子流入)：22ZnCuZnCu2e2e 電池反應(yīng)（總反應(yīng)） 氧化反應(yīng)22CueCu還原反應(yīng)電極反應(yīng)（半反應(yīng)） 氧化還原電對(duì)： Zn2+ / Zn; Cu2+ / Cu 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿膬蓚€(gè)必要條件：1. 氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分隔在兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行；2. 電子必須通過外電路流動(dòng)；自制水果電池：二、一次電池負(fù)極：1# 電池或 5#電池1. 鋅錳電池(干電池)正極：電解液：鋅片；二氧化錳（石墨）；氯化鋅/氯化銨水溶液（淀粉糊狀）；鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnOMnO2 2和和C C普通鋅普通鋅- -錳干電池結(jié)構(gòu)錳干電池結(jié)構(gòu)N

27、HNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2 和和 H H2 2O O等等缺點(diǎn)： 隨電流的消耗，外包裝鋅皮逐漸變薄，甚至洞穿；負(fù)極： 正極：電池反應(yīng)： 2( )()2Zn sZnaqe4223322()2( )2( )2()( )NHaqMnO seMn O sNHaqH O l2422332( )2()2( )()( )2()( )Zn sNHaqMnO sZnaqMn O sNHaqH O l堿性鋅錳電池（改進(jìn)型）負(fù)極：鋅粉；正極： 二氧化錳（石墨）；電解液：氫氧化鉀水溶液；MnO2+H2O+eMnO(OH)+OHMnO(OH)+H2O+OHMn(OH)4Mn(OH)4+eMn(OH)42

28、正極負(fù)極Zn+2OHZn(OH)2+2eZn(OH)2+2OHZn(OH) 42Zn+MnO2+2H2O+4OHMn(OH)42+Zn(OH)42總反應(yīng)2. 鋰錳電池（扣式） 3V負(fù)極： 金屬鋰；正極: 二氧化錳；電解液：高氯酸鋰的有機(jī)溶液；Li+MnO2=LiMnO2Li Li+ + eMnO2+Li+ + e = MnO2(Li)負(fù)極正極總反應(yīng)鋰：重量輕；避免水。優(yōu)點(diǎn)：體積小，使用溫度范圍廣，電池壽命長，特別適 用于心臟起搏器的電源。缺點(diǎn)：在短路或某些重負(fù)荷下，有發(fā)生爆炸的可能性。負(fù)極：金屬鉛板；正極：緊附著二氧化鉛的鉛板；電解液：30%的硫酸水溶液；三、二次電池-鉛蓄電池電壓為2V，通常

29、六個(gè)一組，為12V 負(fù)極： 正極：電池反應(yīng)： 244( )( )2Pb sSOPbSO se22442( )4()()2 ( )2( )PbO sHaqSOaqePbSO sH O l22442( )( )4()2() 2( )2( )Pb sPbO sHaqSOaqPbSO sH O l)(2)(22)()(24422lOHsPbSOSOHsPbOsPb?充電放電使用維護(hù)(避免過充、過放；溫度過高、過低）放電后，生成的硫酸鉛(PbSO4)是一種結(jié)構(gòu)疏松，活性很高的結(jié)晶物。充電時(shí)，正負(fù)極板上的疏松細(xì)密的硫酸鉛又轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩?、鉛和氧化鉛。充電時(shí)：若充電參數(shù)不匹配，充電電壓高、電流大或者充電時(shí)間長，就會(huì)導(dǎo)致蓄電池的失水率加大，嚴(yán)重的析氣會(huì)損壞蓄電池，造成蓄電池的早期失效。 過放電，將使細(xì)小硫酸鉛晶體結(jié)成較大的晶體，在充電時(shí)很 難使它再還原，直接影響蓄池的容量和壽命。堿式鎳鎘電池 ： 負(fù)極： 正極：使用注意事項(xiàng)：充電時(shí)必須使用小電流、長時(shí)間的方法；具有“記憶效應(yīng)”，必須在電量全部用完之后再充電。2NiO(OH) + 2H2O+2e-=2Ni(OH)2 + 2OH-2( )2()()2Cd sOHaqCd OHe鎳氫電池 ： 負(fù)極： 正極：22( )( )2() ( )()NiOOH sH O leNi OHsOH