化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)

關(guān)于化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)1第一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日緒論化學(xué)是一門(mén)既古老又年輕的科學(xué)?；瘜W(xué)是研究和創(chuàng)造物質(zhì)的科學(xué)，同工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防現(xiàn)代化，同人民生活和人類(lèi)社會(huì)等都有非常密切的關(guān)系。化學(xué)是一門(mén)中心性的、實(shí)用的和創(chuàng)造性的科學(xué)，主要是研究物質(zhì)的分子轉(zhuǎn)變規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)與物理一起屬于自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科。研究現(xiàn)狀(2000年)化合物>2000萬(wàn)種時(shí)間分辨率：1fs空間分辨率：0.1nm分析所需最小量：10-13ug。2第二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)的定義與分支學(xué)科化學(xué)是在原子和分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及其變化規(guī)律和變化過(guò)程中能量關(guān)系的科學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)：無(wú)機(jī)物有機(jī)化學(xué)：碳?xì)浠衔锛把苌锓治龌瘜W(xué)：測(cè)量和表征定義：化學(xué)的分支學(xué)科物理化學(xué)：所有物質(zhì)系統(tǒng)高分子化學(xué)：高分子化合物若干新分支：環(huán)境化學(xué)、核化學(xué)等等3第三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2-（乙酰氧基）苯甲酸。分子式：C9H8O4分子量：180.16阿司匹林AspirinTablets4第四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日三嗪類(lèi)含氮雜環(huán)有機(jī)化合物，重要的氮雜環(huán)有機(jī)化工原料。簡(jiǎn)稱三胺，又叫2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪、蜜胺、氰尿酰胺、三聚氰酰胺，分子式C3N6H6、C3N3(NH2)3，分子量126.12三聚氰胺（Melamine）5第五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)的地位和作用化學(xué)仍是解決食物短缺問(wèn)題的主要學(xué)科之一化學(xué)繼續(xù)推動(dòng)材料科學(xué)發(fā)展化學(xué)是提高人類(lèi)生存質(zhì)量和生存安全的有效保障化學(xué)在能源和資源的合理開(kāi)發(fā)和高效安全利用中起關(guān)鍵作用化學(xué)是生命科學(xué)的重要支柱6第六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)的目的、內(nèi)容和要求了解當(dāng)代化學(xué)學(xué)科的概貌用化學(xué)的觀點(diǎn)分析、認(rèn)識(shí)生活和工作中的化學(xué)問(wèn)題學(xué)習(xí)內(nèi)容理論化學(xué)：兩條“主線”應(yīng)用化學(xué)：化合物知識(shí)；化學(xué)在相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)習(xí)要求辨證的思維發(fā)展的眼光實(shí)踐的方法學(xué)習(xí)目的7第七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)要求：

了解定容熱效應(yīng)(qv)的測(cè)量原理。熟悉qv的實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。了解狀態(tài)函數(shù)、反應(yīng)進(jìn)度、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的概念和熱化學(xué)定律。理解等壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變的關(guān)系、等容熱效應(yīng)與熱力學(xué)能變的關(guān)系。掌握標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變的近似計(jì)算。了解能源的概況，燃料的熱值和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。第1章熱化學(xué)與能源8第八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日目錄1.1反應(yīng)熱的測(cè)量1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算1.3常見(jiàn)能源及其有效與清潔利用1.4清潔能源與可持續(xù)發(fā)展選讀材料核能Ⅰ.核燃料和核能的來(lái)源Ⅱ.核電的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)本章小結(jié)9第九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.1反應(yīng)熱的測(cè)量系統(tǒng)：作為研究對(duì)象的那一部分物質(zhì)和空間。環(huán)境：系統(tǒng)之外，與系統(tǒng)密切聯(lián)系的其它物質(zhì)和空間。開(kāi)放系統(tǒng)

有物質(zhì)和能量交換封閉系統(tǒng)

只有能量交換1.1.1幾個(gè)基本概念1系統(tǒng)與環(huán)境圖1.1系統(tǒng)的分類(lèi)隔離系統(tǒng)

無(wú)物質(zhì)和能量交換10第十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2相系統(tǒng)中任何物理和化學(xué)性質(zhì)完全相同的、均勻部分稱為相。根據(jù)相的概念，系統(tǒng)可分為：?jiǎn)蜗啵ň鶆颍┫到y(tǒng)多相（不均勻）系統(tǒng)相與相之間有明確的界面。思考：1)101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同時(shí)共存時(shí)系統(tǒng)中的相數(shù)為多少2)CaCO3(s)分解為CaO(s)和CO2(g)并達(dá)到平衡的系統(tǒng)中的相數(shù)。11第十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日3狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)用于表示系統(tǒng)性質(zhì)的物理量X稱狀態(tài)函數(shù)，如氣體的壓力p、體積V、溫度T等。狀態(tài):系統(tǒng)一切性質(zhì)的總和。有平衡和非平衡態(tài)之分如系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)都處于定值，則系統(tǒng)為平衡態(tài)。狀態(tài)變化時(shí)，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)也必然發(fā)生部分或全部變化。12第十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)

狀態(tài)函數(shù)是狀態(tài)的單值函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，狀態(tài)函數(shù)的變化量只與系統(tǒng)的始、末態(tài)有關(guān)，而與變化的實(shí)際途徑無(wú)關(guān)。圖1.2狀態(tài)函數(shù)的性質(zhì)以下例子說(shuō)明：當(dāng)系統(tǒng)由始態(tài)變到終態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)壓力p和體積V的變化量與途徑無(wú)關(guān)。系統(tǒng)壓力從3po變?yōu)閜°13第十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日廣度性質(zhì)和強(qiáng)度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)可分為兩類(lèi)：廣度性質(zhì)：其量值具有加和性，如體積、質(zhì)量等強(qiáng)度性質(zhì)：其量值不具有加和性，如溫度、壓力等思考：力和面積是什么性質(zhì)的物理量？它們的商即壓強(qiáng)(熱力學(xué)中稱為壓力)是強(qiáng)度性質(zhì)的物理量。由此可以得出什么結(jié)論？推論：摩爾體積(體積除以物質(zhì)的量)是什么性質(zhì)的物理量？力和面積都是廣度性質(zhì)的物理量。結(jié)論是兩個(gè)廣度性質(zhì)的物理量的商是一個(gè)強(qiáng)度性質(zhì)的物理量14第十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日4過(guò)程與途徑過(guò)程：系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生任何的變化稱為可逆過(guò)程體系經(jīng)過(guò)某一過(guò)程，由狀態(tài)Ⅰ變到狀態(tài)Ⅱ后，如果通過(guò)逆過(guò)程能使體系和環(huán)境都完全復(fù)原，這樣的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。它是在一系列無(wú)限接近平衡條件下進(jìn)行的過(guò)程途徑：實(shí)現(xiàn)一個(gè)過(guò)程的具體步驟思考：過(guò)程與途徑的區(qū)別。設(shè)想如果你要把20°C的水燒開(kāi)，要完成“水燒開(kāi)”這個(gè)過(guò)程，你可以有多種具體的“途徑”：如可以在水壺中常壓燒；也可以在高壓鍋中加壓燒。15第十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日5化學(xué)計(jì)量數(shù)一般用化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程表示化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒關(guān)系，通式為：B稱為B的化學(xué)計(jì)量數(shù)。符號(hào)規(guī)定：反應(yīng)物：B為負(fù)；產(chǎn)物：B為正。附例1.1應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)通式形式表示下列合成氨的化學(xué)反應(yīng)計(jì)量方程式：

N2+3H2==2NH3解：用化學(xué)反應(yīng)通式表示為：

0=-N2-3H2+2NH316第十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日6反應(yīng)進(jìn)度ξ的單位是摩爾（mol），它與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)思考：反應(yīng)進(jìn)度與化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)有關(guān)嗎？有關(guān)。如對(duì)于反應(yīng)：0

=–N2

–3H2+2NH3

，當(dāng)有1molNH3生成時(shí)，反應(yīng)進(jìn)度為0.5mol。若將反應(yīng)寫(xiě)成則反應(yīng)進(jìn)度為1mol。反應(yīng)進(jìn)度ξnB

為物質(zhì)B的物質(zhì)的量dnB表示微小的變化量或17第十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)放出或吸收的熱量，熱化學(xué)規(guī)定，系統(tǒng)放熱為負(fù)，系統(tǒng)吸熱為正反應(yīng)熱當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度為1mol時(shí)系統(tǒng)放出或吸收的熱量摩爾反應(yīng)熱——一定量反應(yīng)物在給定條件下的反應(yīng)熱——溶液的質(zhì)量——溶液溫度差——吸熱溶液比熱容——溶液的熱容1.1.2反應(yīng)熱的測(cè)量18第十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D1.3彈式量熱計(jì)思考：用彈式量熱計(jì)測(cè)量的反應(yīng)熱是定容反應(yīng)熱還是定壓反應(yīng)熱？答：定容反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)放出的熱=水吸收的熱+量熱計(jì)吸收的熱由儀器供應(yīng)商提供，使用時(shí)校驗(yàn)1反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法19第十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日20第二十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日示例例1.1聯(lián)氨燃燒反應(yīng)：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知：解：燃燒0.5g聯(lián)氨放熱為21第二十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)與熱效應(yīng)關(guān)系的方程式稱為熱化學(xué)方程式。其標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)法是：先寫(xiě)出反應(yīng)方程，再寫(xiě)出相應(yīng)反應(yīng)熱，兩者之間用分號(hào)或逗號(hào)隔開(kāi)。例如：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明T,p,皆指在T=298.15K，p=100kPa下。標(biāo)明反應(yīng)溫度、壓力及反應(yīng)物、生成物的量和狀態(tài)書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注意：反應(yīng)熱與反應(yīng)式的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)；

一般標(biāo)注的是等壓熱效應(yīng)qp。22第二十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.2反應(yīng)熱的理論計(jì)算并不是所有的反應(yīng)熱都可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定。例如反應(yīng)：2C(s)+O2(g)==2CO(g)思考：為什么上述反應(yīng)的反應(yīng)熱無(wú)法實(shí)驗(yàn)測(cè)定？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法控制生成產(chǎn)物完全是CO。能夠精確測(cè)量的是，但生產(chǎn)中需要的是23第二十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日封閉系統(tǒng)，不做非體積功時(shí)，若系統(tǒng)從環(huán)境吸收熱q，從環(huán)境得功w，則系統(tǒng)內(nèi)能的增加ΔU=（U2–U1）為ΔU

=q+w熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)是能量守恒定律在熱力學(xué)中的的應(yīng)用。其中，內(nèi)能現(xiàn)稱為熱力學(xué)能。在任何過(guò)程中能量不會(huì)自生自滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量的總值不變1.2.1熱力學(xué)第一定律24第二十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日熱力學(xué)能系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)能量的總和。內(nèi)部運(yùn)動(dòng)包括分子的平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)以及電子運(yùn)動(dòng)和核運(yùn)動(dòng)。思考：同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在10000m高空，以400m/s飛行的飛機(jī)上，后者靜止在地面上。兩者的內(nèi)能相同嗎？相同。由于分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的相互作用十分復(fù)雜，因此目前尚無(wú)法測(cè)定內(nèi)能的絕對(duì)數(shù)值。狀態(tài)函數(shù)無(wú)絕對(duì)數(shù)值廣度性質(zhì)內(nèi)能的特征：25第二十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日狀態(tài)函數(shù)特點(diǎn)

狀態(tài)一定，其值一定

殊途同歸，值變相等

周而復(fù)始，變值為零能量是狀態(tài)的單值函數(shù)，其變化值只取決于變化的終態(tài)和始態(tài)，而與變化的途徑無(wú)關(guān)26第二十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日熱在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境存在溫度差而交換的能量稱為熱。熱的符號(hào)規(guī)定：系統(tǒng)吸熱為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。熱量q不是狀態(tài)函數(shù)27第二十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日功與體積功在物理或化學(xué)變化的過(guò)程中，系統(tǒng)與環(huán)境除熱以外的方式交換的能量都稱為功。功的符號(hào)規(guī)定：（注意功符號(hào)的規(guī)定尚不統(tǒng)一）系統(tǒng)得功為正，系統(tǒng)作功為負(fù)。思考：1mol理想氣體，密閉在（1）氣球中，（2）)鋼瓶中；將理想氣體的溫度提高20oC時(shí)，是否做了體積功？功w也不是狀態(tài)函數(shù)1)做體積功，2)未做體積功。由于系統(tǒng)體積發(fā)生變化而與環(huán)境所交換的功稱為體積功w體。所有其它的功統(tǒng)稱為非體積功w′w=w體+

w′28第二十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.2.2化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與焓根據(jù)反應(yīng)條件的不同，反應(yīng)熱又可分為：恒容過(guò)程，體積功w體=0，不做非體積功w'=0時(shí)，所以，w=w體+

w′=0，qV=ΔU定容反應(yīng)熱恒壓過(guò)程，不做非體積功時(shí)，w體=–

p(V2–V1)，所以

qp=ΔU+p(V2–V1)定壓反應(yīng)熱反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，系統(tǒng)吸收或放出的熱量反應(yīng)熱29第二十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1焓∵qP

=△U+p(V2–

V1)=(U2-U1)+p(V2–

V1)=(U2+p

2V2)–(U1+p1V1)公式qp

=ΔH的意義：等壓熱效應(yīng)即為焓的增量，所以可以通過(guò)ΔH的計(jì)算求出qP

的值。令

H

=

U+p

V則qp

=H2–

H1=ΔHH稱為焓，是一個(gè)重要的熱力學(xué)函數(shù)。是狀態(tài)函數(shù)，但不能知道它的絕對(duì)數(shù)值。30第三十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2定容反應(yīng)熱與定壓反應(yīng)熱的關(guān)系已知 定容反應(yīng)熱：qV=ΔU；

定壓反應(yīng)熱：qp=ΔUp+p(V2–V1) 等溫過(guò)程，ΔUpΔUV，則：qp–

qV

=n2(g)RT–n1(g)RT=Δn(g)RT對(duì)于理想氣體反應(yīng)，有：對(duì)于有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)，由于凝聚相相對(duì)氣相來(lái)說(shuō)，體積可以忽略，因此在上式中，只需考慮氣體的物質(zhì)的量。ΔH–ΔU=qp–

qV=p(V2–V1)思考：若反應(yīng)C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的qp,m為–393.5kJ·mol–1，則該反應(yīng)的qV,m為多少？該反應(yīng)的Δn(g)=0，qV

=qp所以 對(duì)于沒(méi)有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)或Δn(g)0的反應(yīng)，qVqp 對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)參與的反應(yīng)，且Δn(g)0的反應(yīng)，qVqp31第三十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日3蓋斯定律化學(xué)反應(yīng)的恒壓或恒容反應(yīng)熱只與物質(zhì)的始態(tài)或終態(tài)有關(guān)而與變化的途徑無(wú)關(guān)。始態(tài)

C(石墨)+O2(g)終態(tài)

CO2(g)中間態(tài)

CO(g)+?O2(g)即熱化學(xué)方程式可像代數(shù)式那樣進(jìn)行加減運(yùn)算。32第三十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日蓋斯定律示例由蓋斯定律知：若化學(xué)反應(yīng)可以加和，則其反應(yīng)熱也可以加和附例1.3

已知反應(yīng)和的反應(yīng)焓，計(jì)算的反應(yīng)焓，解：33第三十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.2.3反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算1熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)壓力p下表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的純氣體狀態(tài)溶液中溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:標(biāo)準(zhǔn)壓力p

下，質(zhì)量摩爾濃度為b

(1.0mol.kg-1),并表現(xiàn)出無(wú)限稀溶液中溶質(zhì)的狀態(tài);本書(shū)采用近似c=1.0mol.dm-3)液體或固體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是:標(biāo)準(zhǔn)壓力p

下的純液體或純固體34第三十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓指定單質(zhì)通常指標(biāo)準(zhǔn)壓力和該溫度下最穩(wěn)定的單質(zhì)。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P為白磷(s)，即P（s，白）。298.15K時(shí)的數(shù)據(jù)可以從手冊(cè)上查到。思考：以下哪些反應(yīng)的恒壓反應(yīng)熱不是生成焓(反應(yīng)物和生成物都是標(biāo)準(zhǔn)態(tài))?顯然，標(biāo)準(zhǔn)態(tài)指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓為0。生成焓的負(fù)值越大，表明該物質(zhì)鍵能越大，對(duì)熱越穩(wěn)定。(1)(2)(3)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)由指定單質(zhì)生成單位物質(zhì)的量的純物質(zhì)B時(shí)反應(yīng)的焓變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，記作。35第三十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日3標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變及測(cè)定測(cè)定原理：由于qp=ΔH所以可以通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)定恒溫恒壓條件下的反應(yīng)熱得到反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反應(yīng)進(jìn)度ξ=1mol的焓變稱為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變:記作標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)單位物質(zhì)量生成反應(yīng)36第三十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日4反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的計(jì)算可從手冊(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算298.15K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓.穩(wěn)定單質(zhì)反應(yīng)物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)生成物

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)rHmfHm(p)fHm(r)由蓋斯定律，得：37第三十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變計(jì)算示例解：從手冊(cè)查得298.15K時(shí)Fe2O3和Al2O3的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為–824.2和–1675.7kJ·mol-1。例1.4試計(jì)算鋁熱劑點(diǎn)火反應(yīng)的反應(yīng)計(jì)量式為：38第三十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日注意事項(xiàng)應(yīng)用物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓時(shí)需要注意物質(zhì)的聚集狀態(tài)，查表時(shí)仔細(xì)公式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)方程式相符數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)的選配有關(guān)；溫度的影響39第三十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日附例1.4

設(shè)反應(yīng)物和生成物均處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，計(jì)算1mol乙炔完全燃燒放出的能量。解：從手冊(cè)查得298.15K時(shí)，各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓如下226.730-393.509-285.8340第四十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.3常見(jiàn)能源及其有效與清潔利用能源是自然界中為人類(lèi)提供能量的物質(zhì)資源。思考：能源對(duì)于人類(lèi)的重要性，為什么能源科學(xué)被列為當(dāng)今社會(huì)的三大支柱之一。能源是當(dāng)今社會(huì)的三大支柱（材料、能源、信息）之一。能源是我們賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。41第四十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.3.1世界能源的結(jié)構(gòu)與能源危機(jī)1.能源的分類(lèi)激光太陽(yáng)能、地?zé)帷L(fēng)能、海洋能非燃料能源人工沼氣、氫能核能燃料能源新能源電力、蒸汽、熱水水能非燃料能源煤氣、焦碳、成品燃油、液化氣、酒精煤炭、石油、天然氣、生物質(zhì)能燃料能源常規(guī)

能源二次能源一次能源利用

狀況使用

性質(zhì)形成條件表1.2能源的分類(lèi)42第四十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2世界能源的結(jié)構(gòu)和消耗195019601970198019902010102030405060能源結(jié)構(gòu)比例(%)年代圖1.7世界消耗的一次能源結(jié)構(gòu)煤炭

石油

天然氣

水電及其它43第四十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日3能量消耗前六名的國(guó)家美國(guó)中國(guó)俄羅斯日本德國(guó)印度51015202530能源結(jié)構(gòu)比例(占世界%)國(guó)家煤炭

石油

天然氣

核能

水電25.410.47.26.04.12.9圖1.8世界六國(guó)消耗的一次能源比例及總比例（占世界）趨勢(shì)（比例）：石油和天然氣下降；煤炭上升；核電上升。44第四十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日4能源危機(jī)本質(zhì)：能量總量不變，質(zhì)量衰退了，有序能下降思考：核能屬于常規(guī)能源嗎？45第四十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.3.2煤炭與潔煤技術(shù)思考：我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是什么？我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭占據(jù)重要地位：占總能量的70%以上。此外，我國(guó)也是世界上煤炭?jī)?chǔ)量最大的國(guó)家，因此，如何高效、科學(xué)、清潔地利用煤炭資源是我國(guó)能源科學(xué)和研究中的重要課題。我國(guó)煤炭的一個(gè)特點(diǎn)是煤炭中含硫量較高，煤炭中的硫在燃燒時(shí)生成二氧化硫。大氣中的二氧化硫是造成酸雨的主要原因。46第四十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1煤炭的成分與熱值煤炭的主要成分：碳、氫、氧；少量氮、硫、磷等。煤炭的熱值：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或體積的燃料完全燃燒放出的熱量。標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29.3MJ·kg-1。無(wú)煙煤：低硫，較好；煙煤：高硫，燃燒環(huán)境污染；褐煤：儲(chǔ)量大，但熱值低。煤炭的分類(lèi)：47第四十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2潔凈煤技術(shù)潔凈煤技術(shù)于1986年由美國(guó)率先提出，現(xiàn)已成為解決環(huán)境和能源問(wèn)題的主導(dǎo)技術(shù)之一煤甲醇合成汽油液體燃料新型液態(tài)燃料48第四十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.3.3石油和天然氣石油石油是多種烴類(lèi)的混合物，其中含有鏈烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和少量含氧、含硫的有機(jī)物。思考：世界原油儲(chǔ)量最大的地區(qū)在哪兒？我國(guó)的原油產(chǎn)地在哪兒？世界原油儲(chǔ)量最大的地區(qū)是中東。我國(guó)的原油產(chǎn)地在東北、西北和山東（黑龍江省的大慶油田、新疆的克拉瑪依油田和山東省的勝利油田是中國(guó)三大油田）。49第四十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1石油燃料產(chǎn)品石油經(jīng)過(guò)分餾和裂解等加工過(guò)程后可得到石油氣、汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油和瀝青等產(chǎn)品。思考：以上產(chǎn)品中最重要的是什么？汽油。95%的汽油用于驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。衡量汽油質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)是辛烷值。直餾汽油的辛烷值約為55~72之間，在汽油中加入少量四乙基鉛可以將辛烷值提高到79~88，為了防止鉛在汽缸中沉積，加入少量二溴乙烷，使生成揮發(fā)性的溴化鉛，與尾氣一同排入大氣。思考：汽車(chē)尾氣污染物是什么？如何解決？主要污染物：NO、CO、HC和含鉛化物等。解決方法：采用無(wú)鉛汽油，對(duì)汽車(chē)尾氣進(jìn)行催化凈化。50第五十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2天然氣天然氣是低級(jí)烷烴的混合物，主要成分是甲烷，常與石油伴生。其熱值約為55.6MJ?kg-1。天然氣的優(yōu)點(diǎn)：可直接應(yīng)用易于管道輸送污染少思考：西氣東送具有哪些重要意義？51第五十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日3沼氣和生物質(zhì)能植物殘?bào)w在隔絕空氣的情況下發(fā)生自然分解時(shí)產(chǎn)生的氣體稱為沼氣。沼氣約含60%的甲烷，其余為二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。思考：可用哪些原料制備沼氣？如果你來(lái)自農(nóng)村，你家使用過(guò)沼氣嗎？農(nóng)村一般用人畜糞便、雜草等制取沼氣。生物質(zhì)能的現(xiàn)代利用是將植物枝桿等在汽化爐中加壓汽化制成可燃?xì)怏w。都是。沼氣也屬于生物質(zhì)能。柴火是生物質(zhì)能的直接利用。思考：沼氣和柴火是生物質(zhì)能嗎？52第五十二頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日4可燃冰—未來(lái)的新能源天然氣被包進(jìn)水分子中，在深海的低溫高壓下形成的透明結(jié)晶，外形似冰，用火柴一點(diǎn)就著，故稱“可燃冰”。CH4·xH2O(s)。形成條件：低溫高壓如0℃，76MPa。儲(chǔ)量：數(shù)據(jù)相差較大?？偭肯喈?dāng)于161萬(wàn)億噸煤，可用100萬(wàn)年；是地球上煤、石油和天然氣能量總和的2~3倍。分布：深水大陸架和陸地永久凍土帶。我國(guó)東海、南海有大量可燃冰，約相當(dāng)于全國(guó)石油儲(chǔ)量的一半。開(kāi)采難，儲(chǔ)量豐富。53第五十三頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.3.4煤氣和液化氣煤氣煤的合成氣及煉焦氣都是城市煤氣。來(lái)源于石油，主要成分為丙烷、丁烷等，煉油廠的副產(chǎn)品。液化氣煤氣的組成H2：50%；CO：15%；CH4：15%，熱值約16MJ?M-3思考：與煤氣相比，液化氣有哪些優(yōu)點(diǎn)？無(wú)毒、低污染、熱值高于煤氣。液化氣作動(dòng)力→綠色汽車(chē)←燃料電池（各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展）54第五十四頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.4清潔能源與可持續(xù)發(fā)展思考1：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是無(wú)限的(不考慮太陽(yáng)的壽命)？思考2：你認(rèn)為伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的深層次原因是什么？1.礦物能源（煤炭和石油）是有限的，來(lái)自宇宙的能源（如太陽(yáng)能）和核能是無(wú)限的。2.開(kāi)放性的結(jié)論1992年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境于發(fā)展大會(huì)上提出了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的口號(hào)。能源作為最緊缺的資源對(duì)人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵的作用。55第五十五頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.4.1能源開(kāi)發(fā)與可持續(xù)發(fā)展我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源比重太小。必須合理開(kāi)發(fā)及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新能源，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。圖1.9治理前的熱電廠最有希望的清潔能源是氫能、太陽(yáng)能以及核能和生物質(zhì)能等。可持續(xù)發(fā)展三原則：公平性、共同性和持續(xù)性。56第五十六頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.4.2氫能氫能是一種理想的二次清潔能源。氫能的優(yōu)點(diǎn)

熱值高，其數(shù)值為142.9MJ?kg-1。燃燒反應(yīng)速率快，功率高原料是水，取之不盡產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境思考：用氫作能源目前還存在一些問(wèn)題，你認(rèn)為是哪些方面的問(wèn)題？經(jīng)濟(jì)的制備方法，安全高效的儲(chǔ)運(yùn)方法和有效地利用57第五十七頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1氫氣的制取太陽(yáng)能光解電解作為氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，是目前工業(yè)氫氣的制備方法。2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH電解思考：用電解的方法大規(guī)模制取用作能源的氫氣可行嗎？從經(jīng)濟(jì)上考慮是不可行的。利用太陽(yáng)光的能量催化分解水得到氫氣，最有前途的制氫方法。是研究的熱點(diǎn)。58第五十八頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2氫氣的儲(chǔ)運(yùn)氫氣的密度小，且極難加壓液化，因此氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是一個(gè)比較困難的問(wèn)題。合金貯氫法原理：氫可以與某些合金在較高的壓力下生成化合物，這些化合物在合適的條件下可以釋放出氫氣。如鑭鎳合金：開(kāi)發(fā)研究貯氫合金材料是當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的熱門(mén)分支。LaNi5+3H2

LaNi5H6300kPa加熱59第五十九頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1.4.3太陽(yáng)能太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的天然核聚變能。太陽(yáng)能的利用不會(huì)引起環(huán)境污染，不會(huì)破壞自然生態(tài)。因此是人類(lèi)最可靠、最有前景的能源形式思考：如何利用太陽(yáng)能？太陽(yáng)能的利用方法是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為更方便使用的能量形式，主要有以下三種：轉(zhuǎn)換為熱能轉(zhuǎn)換為電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能圖1.10太陽(yáng)能電池60第六十頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日1轉(zhuǎn)換為熱能思考：太陽(yáng)能熱水器的工作原理？太陽(yáng)能熱水器是目前廣泛利用太陽(yáng)能最典型的一個(gè)例子。其原理就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，是目前直接利用太陽(yáng)能的最主要方式。將光能轉(zhuǎn)換為熱能的關(guān)鍵是吸收材料，一般選用黑色、表面粗糙的材料以減少反射，增加對(duì)光子的有效吸收。思考：太陽(yáng)光能的缺點(diǎn)是什么？1、能量密度低，因此設(shè)備的表面積必須很大。2、對(duì)天氣的依賴性強(qiáng)。61第六十一頁(yè)，共七十頁(yè)，2022年，8月28日2轉(zhuǎn)換為電能思考