能源化學(xué)(科普版)課件

能源消費(fèi)水平的高低，是衡量一個(gè)國家在一定時(shí)期內(nèi)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。能源能源概述常規(guī)能源新能源化學(xué)電池2.1能源概述

能源是指能夠轉(zhuǎn)換成熱能、光能、電磁能、機(jī)械能、化學(xué)能等各種能量形式的資源。

能源的形式有多種，如燃料、核能、太陽能、水力、地?zé)?、風(fēng)能、潮汐能等等。能源的分類很多:

一次能源；二次能源。常規(guī)能源；新能源。風(fēng)能三峽水電站地?zé)岚l(fā)電廠2.2常規(guī)能源2.2.1煤炭

1.

煤的發(fā)熱量：單位質(zhì)量的煤完全燃燒所能使放出的最大熱量。衡量燃料作為能源的一個(gè)指標(biāo)。通常煤完全燃燒所能放出的發(fā)熱量為30

kJ·g-1缺點(diǎn):a.固體燃料，燃燒速率慢，利用效率低，運(yùn)輸不變。b.燃燒時(shí)產(chǎn)生有毒氣體(SO2，SO3，CO)，污染大氣。

褐煤是質(zhì)地最差、發(fā)熱量最低的一類煤，但它可以提煉成焦炭、煤焦油和焦?fàn)t氣卻是極好的化工原料。塑料和染料就是的褐煤“作品”。2.

煤的氣化：

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2

(g)；

ΔHθm(298.15K)=131.3kJ.mol-1C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔHθm(298.15K)=-393.5kJ.mol-1CO(g)+H2(g)=CH4(g)+H2O(l)ΔHθm(298.15K)=-250.2kJ.mol-1人工合成天然氣(1)直接液化法：將煤在高溫，高壓和催化劑存在下加氫液化的方法。(2)間接液化法：先將煤氣化，然后再合成液體燃料的方法。3.煤的液化：通過化學(xué)反應(yīng)改變煤炭中的碳?xì)浔壤姑鹤兂奢^輕的液態(tài)碳?xì)浠衔铩?.2.2石油和天然氣1.石油：多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。既是?yōu)良的燃料也是重要的化工原料。十六烷辛烷辛烯原油脫水脫鹽分餾精制汽油中最有代表性的是辛烷C8H18催化裂解：

C16H34C8H18+C8H16分流塔示意圖石油鉆井平臺(tái)2.天然氣：一種低分子量烴類混合物。優(yōu)制的氣體燃料也是重要的化工原料。主要成分是甲烷。

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

ΔHθm

(298.15K)=-890kJ.mol-1

2.3新能源2.3.1核能

核能是原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)放出的能量，核能是一種優(yōu)質(zhì)能源，能量密度大，便于存儲(chǔ)和運(yùn)輸。核能分為核裂變能與核聚變能。

△E=

△m·c2△E：表示系統(tǒng)能量改變量；△m：表示系統(tǒng)質(zhì)量改變量；c：表示光速(3

10

8m·s-1)。愛因斯坦公式1.核裂變能______在中子(10n)轟擊下使較重的原子核分裂成較輕的原子核的反應(yīng)所放出的能量。核裂變反應(yīng)是目前所有運(yùn)轉(zhuǎn)的核電站的基礎(chǔ)。裂變產(chǎn)物非常復(fù)雜，已知至少有35種元素（從30Zn到64Gd）。1gU-235放出的能量為8

107kJ核裂變產(chǎn)物大多具有放射性。核電站工作原理示意圖原子彈構(gòu)造示意圖2.核聚變能______輕原子核在異常高的溫度下（約10

8C）聚合成較重原子核時(shí)，放出的巨大能量。核聚變能比核裂變能威力大的多,它是一種最理想的清潔能源，是開發(fā)核能的主攻方向。9.3.2

太陽能

太陽能的利用：1.光__熱轉(zhuǎn)換：通過聚光器或集熱器將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成熱能。2.光__電轉(zhuǎn)換：利用太陽能光電池的半導(dǎo)體效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為直流電。3.光__化學(xué)轉(zhuǎn)換：利用太陽光能將CO2和H2O轉(zhuǎn)換成碳水化合物和O2。核聚變能衛(wèi)星升空后太陽照射在衛(wèi)星的太陽能電池上，太陽能代替蓄電池成為永不枯竭的能源。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡2.3.3氫能氫能是指以氫作為燃料時(shí)釋放出來的熱能。1.氫氣的制取(1)電解法：借助電能使水分解產(chǎn)生氫氣。(2)光催化分解法：使用半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的催化體系，利用太陽光直接分解水。(3)光合作用：借助某些特殊植物，利用光合作用將水轉(zhuǎn)變?yōu)闅洹?.氫氣的儲(chǔ)存氫氣的密度很低，運(yùn)輸和儲(chǔ)存較為不易，目前最理想的儲(chǔ)氫方法是利用金屬氫化物。LaNi5+3H2LaNi5H6微熱(200-300)KPa3.氫氣的利用氫氣燃燒溫度高，燃燒純凈，是一種優(yōu)良的燃料，同時(shí)可利用氫氧燃料電池將氫能轉(zhuǎn)化為電能使用。BMW氫能7系由能夠使用氫燃料和汽油雙燃料驅(qū)動(dòng)9.4

化學(xué)電池

化學(xué)電池是以氧化劑作正極,還原劑作負(fù)極,在一定介質(zhì)條件下,利用自發(fā)進(jìn)行的氧化—還原反應(yīng),將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。9.4.1化學(xué)電池的分類一次電池（原電池）二次電池（充電電池）燃料電池1.一次電池活性物質(zhì)放電后不能再生、充電的電池。根據(jù)電解質(zhì)類型分為酸性和堿性兩類。(1)酸性鋅錳干電池(-)Zn|ZnCl2,NH4Cl(糊狀)|MnO2|C(+)(2)堿性鋅錳干電池鋅錳電池不同的負(fù)極結(jié)構(gòu)，負(fù)極由鋅片改為鋅粉，外殼改用鋼皮，正極仍用石墨和二氧化錳。人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用KOH電解質(zhì)溶液代替NH4Cl做電解質(zhì)時(shí)，無論是電解質(zhì)還是結(jié)構(gòu)上都有較大變化，電池的比能量和放電電流都能得到顯著的提高。僅根據(jù)1995年統(tǒng)計(jì)資料表明，全世界干電池總產(chǎn)量為250億只，其中堿錳電池為70億只。我國堿錳電也總產(chǎn)量近3億只，僅占干電池總產(chǎn)量的3%，預(yù)計(jì)5年內(nèi)將提高到10%～15％。(3)鋅汞電池

(-)Zn(Hg)|KOH(糊狀,含飽和ZnO)|HgO|Hg(+)

絕緣體鋼套的鋅殼多孔隔離物Zn(OH)2和HgO在KOH溶液中的糊狀物Hg(或汞齊)總反應(yīng)式:Zn+HgO→ZnO+Hg

鋅汞電池主要用于自動(dòng)曝光照相機(jī)﹑助聽器﹑醫(yī)療儀器中。

由于電池中大量使用氧化汞,用完后隨意丟棄會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境,故其生產(chǎn)及使用范圍正在趨向縮小部分正被鋅銀電池所取代。(4)鋰碘電池

心臟起搏器的電池提供電能進(jìn)行工作。起搏器對(duì)心臟的每次起博都不允許失敗，要求電池全部時(shí)間都在工作，絕不允許電流有停頓。。另外，電池植入人體內(nèi)，要求特別穩(wěn)定，里面的化學(xué)物質(zhì)不會(huì)泄漏，壽命長，重量輕，體積小?，F(xiàn)在心臟起搏器中使用的是鋰-碘電池(其中用鋰做電極，碘做電解質(zhì))，它的使用壽命是10年左右。

(-)Li|LiI|I2(不銹鋼)(+)陰極材料陽極柵網(wǎng)不銹鋼外殼密封接線柱封接口

2.二次電池活性物質(zhì)具有充放電可逆性,放電使用完可充電再生，循環(huán)使用。

(1)鉛蓄電池

(-)Pb|H2SO4(1.25~1.30g·cm-3)|PbO2(+)(2)鎳氫電池(-)C|H2|KOH|NiOOH(+)(3)鈉硫電池

(-)Na|β—Al2O3|S+Na2Sx|C(+)鈉硫電池具有許多特色之處：一個(gè)是比能量（即電池單位質(zhì)量或單位體積所具有的有效電能量）高。其理論比能量是鉛酸電池的3-4倍；另一個(gè)是可大電流、高功率放電。再一個(gè)是充放電效率高。

鈉硫電池開始作為電動(dòng)汽車用的動(dòng)力電池發(fā)展，無論從使用可提供的空間、電池本身的安全等方面均有一定的局限性。國外重點(diǎn)發(fā)展鈉硫電池作為固定場(chǎng)合下（如電站儲(chǔ)能），其應(yīng)用目標(biāo)瞄準(zhǔn)電站負(fù)荷調(diào)平（即起削峰平谷作用，將夜晚多余的電存儲(chǔ)在電池里，到白天用電高峰時(shí)再從電池