能源與化學(xué)能源的概念與分類

能源與化學(xué)能源的概念與分類第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日表9-1能源分類第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日

表9-2世界能源消費(fèi)量和構(gòu)成★標(biāo)準(zhǔn)煤——1kg發(fā)熱量為29260kj的煤例：某原煤的發(fā)熱量為20920kj/kg，則1kg這種原煤相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤：

20920/29260=0.7150kg第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日表9-3中國的能源現(xiàn)狀和構(gòu)成第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日9.2煤、石油和天然氣1.煤的種類及主要成分

煤的化學(xué)組成C：主要可燃成分，

C(s)+O2(g)=CO2(g)△rHmθ(298.15k)=-393.5kj·mol-1H：主要可燃元素

有效氫——與CSP結(jié)合，可燃燒化合氫——與O結(jié)合，不能燃燒O,S,N等：有害成分第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.煤的有效潔凈利用——潔凈煤技術(shù)（CleanCoalTechnology簡稱CCT）

中國潔凈煤技術(shù)主要技術(shù)領(lǐng)域：煤炭利用前凈化技術(shù)煤炭潔凈燃燒煤炭的轉(zhuǎn)化技術(shù)污染控制與廢氣、廢物管理第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日

（1）煤的氣化

H2O(g),O2氣化劑

高溫

H2COCH4C1)C+O2=CO26)CO+H2O=CO2+H22)C+1/2O2=CO7)C+2H2=CH43)C+CO2=2CO8)CO+3H2=

CH4+H2O4)C+H2O=CO

+H29)CO+2H2=

CH45)C+2H2O=CO2+2H210)CO2+4H2=

CH4+2H2O第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日（2）煤的液化煤與石油的區(qū)別：①煤：H:C=0.4~0.8石油：H:C=1.5~1.8②煤分子量＞石油分子量10倍直接液化法間接液化法煤間接液化工廠第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日3. 石油和天然氣石油的主要組成元素為CHONS83~87%10~14%0.05~25%0.02~0.25%0.05~8和煤相比（1）石油含氫量高，含氧量低。（2）石油中的碳?xì)浠衔镆灾辨湡N為主煤中的碳?xì)浠衔镆苑紵N為主各種石油產(chǎn)品：第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日9.3核能

1.原子核的組成和結(jié)合能例：23592UA=235Z=92n=235-92=143

23892UA=238Z=92n=238-92=146

∴23592U和23892U是兩種不同的核素，且互為同位素原子核質(zhì)子（p）質(zhì)子和中子總稱為核子中子（n）核素（質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都相同的一類元素）：AZXX——元素符號

Z——質(zhì)子數(shù)，即原子序數(shù)

A——核子總數(shù)，稱為質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（n）同位數(shù)——質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的核素互為同位數(shù)第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日

核引力——原子核內(nèi)部核子之間存在的一種很強(qiáng)的結(jié)合力原子核的結(jié)合能——若干個核子結(jié)合成原子核時所釋放的能量

結(jié)合能的計(jì)算：質(zhì)量虧損△m=（中子質(zhì)量+質(zhì)子質(zhì)量）-核的質(zhì)量∵E=m·c2c（光速）=3×108m·s-1∴△E=△m·c2

例：計(jì)算1mol質(zhì)子和1mol中子結(jié)合成1mol氘核（21H）時可釋放出多少能量（結(jié)合能）解：∵1mol質(zhì)子m=1.00728g1mol中子m=1.00867g1mol21Hm=2.01355g∴△m=(1.00728g+1.00867g)–2.01355g=0.00240g=2.4×10-6kg△E=△m·c2=2.4×10-6kg×(3×108m·s-1)2=2.16×108kj第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日各原子核的每克結(jié)合能是不同的通常核子數(shù)（質(zhì)量數(shù)）小的原子核，每克結(jié)合能小核子數(shù)（質(zhì)量數(shù)）中等程度的原子核，每克結(jié)合能最大核子數(shù)（質(zhì)量數(shù)）大于200的原子核，每克結(jié)合能變小核反應(yīng)——使原子核轉(zhuǎn)變成新原子核的過程核裂變——讓核子數(shù)大的原子核分裂，生成核子數(shù)中等程度的新原子核的過程核聚變——讓核子數(shù)很小的原子核聚合，生成核子數(shù)較大的新原子核的過程第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.核裂變核裂變：是用中子（10n）轟擊較重原子核使之分裂成較輕原子核的反應(yīng)。

U-235裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：1gU-235可放出8×107kj的能量1g煤完全燃燒放出的熱量為：30kj1gU-235產(chǎn)生的能量相當(dāng)于2.7×106g煤燃燒產(chǎn)生的能量核裂變的核燃料：U-235U-233Pu-239例：14456Ba+8956Kr+310n

23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n

13351Sb+9941Nb+410n第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日核燃料——U-235、Pu-239中子吸收劑（控制棒）：BCdHf控制n=1中子慢化劑：使裂變產(chǎn)生的快中子減為慢中子反應(yīng)堆：壓水堆沸水堆重水堆石墨冷氣堆輕水堆核反應(yīng)堆第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日核電站運(yùn)行的兩大問題：⑴安全問題第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日⑵核廢料的處理問題第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日例：21H+21H→42He1g氘聚變時放出的能量為：5.8×108kj3.核聚變

核聚變：由很輕的原子核在極高的溫度下合并成一個較重的原子核的反應(yīng)。中國環(huán)流一號核聚變的優(yōu)點(diǎn)：核聚變產(chǎn)物——氦核，穩(wěn)定，無放射性污染，無難于處理的廢料核聚變原料——氘、氚，資源豐富，可從海水中提取1kg海水中含有0.03g氘，地球上的海水約有1018噸，聚變原料十分豐富。實(shí)現(xiàn)核聚變的兩個關(guān)鍵問題：反應(yīng)溫度足夠高：109℃人為控制核聚變反應(yīng)的速度——受控核聚變第十七頁，共二十二頁，2022年，8月28日9.4 新能源的開發(fā)、利用1.氫能——以氫作為燃料而釋放出的能量氫能的特點(diǎn)：

（1）氫氣的導(dǎo)熱性好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍

（2）氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油發(fā)熱值的3倍。（3）氫燃燒性能好，點(diǎn)燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點(diǎn)高，燃燒速度快。（4）制氫的原料——水，資源極為豐富。

燃燒產(chǎn)物——水，對環(huán)境無污染。（5）氫能利用形式多，既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料。

（6）氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。

第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日（1）氫的制取H2(g)+1/2O2(g)hν催化劑H2O（l）氫的制取方法：水煤氣法：在高溫下用C做還原劑，與水反應(yīng)

C+H2O=CO+H2電解法：2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)熱化學(xué)分解法太陽能制氫：H2O=H2+1/2O2

反應(yīng)中鍵能的變化為：斷開H2O分子中2molO-H鍵需吸收930kj的能量生成1molH-H鍵放出463kj的能量生成0.5molO=O鍵放出249kj的能量∴分解1mol的H2O需提供的能量為：930kj-436kj-249kj=245kj第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日（2）氫的儲存

氫的密度ρ=0.071g·cm-1,不利于儲存，如：15MPa壓力下，40dm3的鋼瓶只能裝0.5kg的H2。若是將氫液化，t=-253℃，需耗費(fèi)很高的能量。

(200~300kPa)微熱LaNi5H6LaNi5+3H2儲氫合金：鎂系儲氫合金MgH2Mg2Ni

稀土系儲氫合金LaNi5MmNiMn(混合稀土)

鈦系儲氫合金TiH2TiMn1.5例：鑭鎳合金LaNi5的吸氫反應(yīng)：第二十頁，共二十二頁，2022年，8月28日2.太陽能、風(fēng)能太陽能的本質(zhì)是核聚變能，其中最主要的核反應(yīng)