能源的綜合利用滬教版市公開課一等獎(jiǎng)省課獲獎(jiǎng)?wù)n件

人類社會(huì)需要充足能源、豐富材料、良好環(huán)境，而能源、材料、環(huán)境這三個(gè)領(lǐng)域研究都離不開化學(xué)。

化學(xué)有助于人類處理能源危機(jī)；化學(xué)為人類提供更豐富材料；化學(xué)能保護(hù)和改善人類賴以生存環(huán)境。第1頁第1節(jié)能源綜合利用

第9章化學(xué)與社會(huì)發(fā)展第2頁能源：能為人類提供所需能量資源第3頁

我國首臺(tái)自動(dòng)跟蹤太陽能高效發(fā)電站在泉城濟(jì)南省科技館門前安裝完成。

太陽能路燈太陽能第4頁利用風(fēng)能和太陽能自亮街燈風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能第5頁溫泉西藏羊八井地?zé)岚l(fā)電站地?zé)崮芪鞑乩玫責(zé)岚l(fā)電

溫泉第6頁電能第7頁化石燃料：是我們生產(chǎn)、生活主要能源。煤石油第8頁幾個(gè)能源及分類太陽能氫能核能電能化石燃料（煤、石油、天然氣）常規(guī)能源新能源可再生能源不可再生能源電能化石燃料（煤、石油、天然氣）太陽能氫能核能太陽能風(fēng)能地?zé)崮芎四芑剂希?、石油、天然氣）可燃冰?頁常規(guī)能源：即傳統(tǒng)能源，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用能源。新能源：以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開發(fā)能源。常見能源太陽能、化石能源、水能、風(fēng)能、核能（原子能）、氫能潮汐能：海水時(shí)尚運(yùn)動(dòng)能量海洋能：潮汐能、波浪能、海流能、溫差能地?zé)崮埽旱厍騼?nèi)部釋放到地表能量生物質(zhì)：燃燒植物體放出熱能第10頁新聞一:世界需要能源增多國際能源機(jī)構(gòu)在《2023年世界能源展望》報(bào)告中指出，到2030年，公司和家庭對能源需求量要比目前提升59%，全球?qū)κ托枨罅棵磕耆绨?.6%速度來增加，到2030年全世界每天石油需要量將從目前O.82億桶增加到1.21億桶。世界能源消費(fèi)增加三分之二是發(fā)展中國家需求增加，尤其是中國和印度。石油需要量不停增多，而能提供石油國家越來越少.第11頁

今年夏季，中國三十個(gè)省市中有十九個(gè)拉閘限電；自上海、廣州0號柴油告急開始,九十號汽油告急,全國出現(xiàn)了一定范圍“油荒”;某些地域煤炭供應(yīng)也出現(xiàn)短缺。南方網(wǎng)訊

“在經(jīng)濟(jì)連續(xù)增加中國，需要巨大能源供應(yīng)，缺電、缺煤將意味著什么，誰來供應(yīng)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這將是我們面臨又一大嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?！毙侣劧旱?2頁看到這些信息，你有什么感想？

下表是我國化石燃料儲(chǔ)量及年產(chǎn)量探明儲(chǔ)量年產(chǎn)量開采年限石油32.7億噸1.6億噸天然氣13700億立方米217億立方米煤1145億噸12.4億噸63.1年92.4年20.4年問題:這些對你有什么啟示？處理能源危機(jī)辦法有哪些？第13頁處理能源危機(jī)一般辦法開發(fā)新能源。如：核能、太陽能、氫能等。提升能量轉(zhuǎn)化率，減少能耗。研制、使用節(jié)能產(chǎn)品。第14頁

由“energy”第一種字母“e”組成一種圓形圖案，中間包括了一種變形漢字“節(jié)”，寓意為節(jié)能。缺口外圓又組成“CHINA”第一字母“C”，“節(jié)”上半部簡化成一段古長城形狀，與下半部組成一種峰火臺(tái)圖案一起，象征著中國?！肮?jié)”下半部又是“能”漢語拼音第一字母“N”。整體圖案為藍(lán)色，象征著人類通過節(jié)能活動(dòng)還天空和海洋于藍(lán)色。中國節(jié)能標(biāo)志

你們在日常生活中如何節(jié)能？討論:節(jié)能標(biāo)志含義第15頁石油煤天然氣一、化石燃料C(H、O、N、S)C、HCH4

煤、石油、天然氣是當(dāng)今世界上最主要化石燃料(又叫礦物燃料)，化石燃料是主要燃料和主要能源。第16頁煤—黑色金子

煤形成：煤主要是由古代植物在地下隔絕空氣條件下，通過長期一系列復(fù)雜化學(xué)變化和生物變化，而形成一種由有機(jī)物和無機(jī)物所組成復(fù)雜固態(tài)混合物。煤主要成份是碳，還具有氫、氧及硫、磷等48種元素。第17頁煤

假如把煙煤隔絕空氣加強(qiáng)熱煤能夠分解成焦碳煤焦油焦?fàn)t煤氣這種煤處理辦法稱為煤干餾或煉焦這可是化學(xué)變化

是冶金工業(yè)主要原料

是化工生產(chǎn)主要原料

是主要燃料在特殊設(shè)備里，在高溫下能生成煤氣煤氣是一種經(jīng)濟(jì)方便、清潔衛(wèi)生燃燒效率很高燃料

煤有實(shí)用價(jià)值綜合利用主要有煤干餾、氣化和液化(均為化學(xué)變化）。煤最主要應(yīng)用是直接作為燃料。第18頁煤：工業(yè)糧食第19頁2023年9月2日江西安源煤礦瓦斯大爆炸事故第20頁

煤礦礦井中常因具有甲烷、煤塵等物質(zhì)而發(fā)生瓦斯爆炸，造成人員傷亡。你以為煤礦應(yīng)采取哪些安全措施？思考與討論

嚴(yán)禁煙火，注意通風(fēng)第21頁石油形成：石油是由古代動(dòng)、植物遺體在地殼內(nèi)部高溫、高壓條件下通過非常復(fù)雜化學(xué)變化而形成多種烷烴、環(huán)烷烴和芳烴組成液態(tài)混合物。其主要成份是多種碳、氫元素組成有機(jī)化合物，同步含少許硫、氧、氮等元素。石油（原油）通過度餾可得到系列產(chǎn)品，如溶劑油、汽油、柴油、潤滑油等。第22頁石油氣汽油煤油柴油潤滑油石蠟瀝青石油分餾示意圖按沸點(diǎn)由低到高次序分離出來石油綜合利用是物理變化原油第23頁石油、天然氣經(jīng)精加工能得到5000多種化工原料石油是主要化工原料第24頁辛烷值常用來衡量汽油抗震程度，把抗震性較好異辛烷(2，2，4一三甲基戊烷)辛烷值定為l00，爆震性極強(qiáng)正庚烷辛烷值定為零，把汽油抗震性和這兩種烴不一樣百分比混合物進(jìn)行比較，就能夠得到該汽油相對辛烷值。為了提升汽油辛烷值，過去廣泛使用一種入法是在汽油中添加少許抗震劑—四乙基鉛；目前為了提升汽油辛烷值，一般采取甲基叔丁基醚[CH3—O—C(CH3)3，又名MTBE]作為高辛烷值組分。目前，我國使用車用汽油標(biāo)號就是按照汽油辛烷值大小劃分，例如90號汽油表達(dá)該汽油辛烷值不低于90。汽油和汽油標(biāo)號第25頁

天然氣：主要成份是（CH4）甲烷俗稱沼氣天然氣，是一種多組分混合氣態(tài)化石燃料，主要成份是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少許乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、氣田、煤層和頁巖層。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產(chǎn)生，相較煤炭、石油等能源有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢。天然氣又可分為伴氣憤和非伴氣憤兩種。盡管天然氣是無色無味，然而在送到最后顧客之前，還要用硫醇來給天然氣添加氣味，以助于泄漏檢測。天然氣不像一氧化碳那樣具有毒性，它本質(zhì)上是對人體無害。第26頁

天然氣是較為安全燃?xì)庵?，它不含一氧化碳，也比空氣輕，一旦泄漏，立即會(huì)向上擴(kuò)散，不易積聚形成爆炸性氣體，安全性較高。采取天然氣作為能源，可減少煤和石油用量，因而大大改善環(huán)境污染問題；天然氣作為一種清潔能源，能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%，減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于減少酸雨形成，舒緩地球溫室效應(yīng)，從主線上改善環(huán)境質(zhì)量。不過，對于溫室效應(yīng)，天然氣跟煤炭、石油同樣會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。因此，不能把天然氣當(dāng)做新能源。完全燃燒：CH4+2O2CO2+2H2O（反條件為點(diǎn)燃）點(diǎn)燃第27頁天然氣儲(chǔ)罐海上天然氣田西氣東輸工程管道施工現(xiàn)場西氣東輸跨越黃河西氣東輸工程輸氣運(yùn)行全線貫通第28頁可燃冰

可燃冰發(fā)覺“冰”怎么會(huì)“燃燒”？但在自然界中確實(shí)存在這種能夠燃燒“冰”?？扇急畛醣话l(fā)覺，并不是在海底。早在20世紀(jì)30年代，工程技術(shù)人員就發(fā)覺，某些輸氣管經(jīng)常會(huì)被奇怪冰塊堵塞?；瘜W(xué)家對這些冰塊進(jìn)行分析后得知，這是甲烷等氣體被關(guān)在冰晶體中形成。當(dāng)初，這些甲烷水合物被視為一種麻煩，而不是一種新型能源。第29頁

后來試驗(yàn)證明，1立方米這種可燃冰燃燒，相稱于164立方米天然氣燃燒所產(chǎn)生熱值。據(jù)粗略估算，在地殼淺部，可燃冰儲(chǔ)層中所含有機(jī)碳總量，大約是全球石油、天然氣和煤等化石燃料含碳量兩倍。有專家以為，水合甲烷這種新型能源一旦得到開采，將使人類燃料使用史延長幾個(gè)世紀(jì)。據(jù)專家估計(jì)，全世界石油總儲(chǔ)量在2700億噸到6500億噸之間。按照目前消耗速度，再有50－60年，全世界石油資源將消耗殆盡。可燃冰發(fā)覺，讓陷入能源危機(jī)人類看到新希望。第30頁據(jù)理解，美國、日本等國均已經(jīng)在各自海域發(fā)覺并開采出天然氣水合物，據(jù)測算，中國南海天然氣水合物資源量為700億噸油當(dāng)量，約相稱中國陸上石油、天然氣資源量總數(shù)二分之一。中國在南海北部成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品“可燃冰”，從而成為繼美國、日本、印度之后第4個(gè)通過國家級研發(fā)計(jì)劃采到水合物實(shí)物樣品國家?？茖W(xué)家估計(jì)，海底可燃冰分布范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積10%，海底可燃冰儲(chǔ)量夠人類使用1023年，因而被科學(xué)家譽(yù)為“將來能源”、“21世紀(jì)能源”。第31頁余熱余熱余熱硫元素SO2

CO炭黑CO2碳元素燃燒燃燒溫室效應(yīng)大氣污染熱污染化石燃料危害第32頁1、全球氣候變化：

溫室效應(yīng)是指由于全球二氧化碳等氣體排放量不停增加，造成地球平均氣溫不停上升現(xiàn)象。本來，二氧化碳等氣體就像溫室中玻璃頂棚同樣，既能使太陽光順暢地透射到大地，又能截留和吸取地表放散出熱量，這就勢必造成大氣溫度升高，全球氣候變暖。太陽光CO2

燃料中碳燃燒后轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸細(xì)怏w進(jìn)入大氣，使大氣中二氧化碳濃度增大，從而造成溫室效應(yīng)第33頁2、熱污染火力發(fā)電站發(fā)電剩下“余熱”被排放到河流、湖泊或海洋，使局部區(qū)域水溫上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成魚類等水生生物大量死亡。第34頁3、大氣污染在化石燃料中一般都具有相稱數(shù)量硫，燃燒時(shí)會(huì)釋放出二氧化硫；化石燃料不完全燃燒時(shí)還會(huì)向大氣排放大量一氧化碳；煤炭燃燒時(shí)，向大氣中排放大量粉塵大氣污染物進(jìn)入人體呼吸道產(chǎn)生不適、呼吸器官障礙、支氣管哮喘、肺癌等病癥，甚至造成急、慢性中毒或死亡等現(xiàn)象酸雨對樹木危害大氣污染還會(huì)造成很多方面危害，請同窗們回去搜集資料。第35頁火力發(fā)電廠發(fā)電中能量轉(zhuǎn)化：化石燃料化學(xué)能熱能機(jī)械能電能

為何化石燃料轉(zhuǎn)化率低？我們以火力發(fā)電廠發(fā)電為例

燃燒化石燃料存在較多問題，如：揮霍自然資源、產(chǎn)生大氣污染、能量轉(zhuǎn)化效率低等。第36頁

你目前懂得為何化石燃料轉(zhuǎn)化率低原因了嗎？

那么生活中有沒有能量轉(zhuǎn)化率較高裝置？——化學(xué)電源是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能裝置。第37頁

生活生產(chǎn)中常見電池

你懂得這些電池工作時(shí)，能量是如何轉(zhuǎn)化？第38頁三、化學(xué)電池1、化學(xué)能——電能2、與化石燃料相比長處（1）節(jié)省資源（2）減少污染（金屬污染）（3）能源轉(zhuǎn)化效率高燃料電池（以H2、CO、CH4為燃料）第39頁連接鋅片與負(fù)極、銅片與正極觀測到什么現(xiàn)象？說明什么？試驗(yàn)中能量是如何轉(zhuǎn)化？

下面我們通過試驗(yàn)來直觀感知化學(xué)電源中能量轉(zhuǎn)化第40頁試驗(yàn)現(xiàn)象化學(xué)方程式電流計(jì)偏轉(zhuǎn)原因能量轉(zhuǎn)化形式使用化學(xué)電源長處電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，溶液逐漸變?yōu)闊o色Zn+CuSO4==Cu+ZnSO4燒杯中發(fā)生了化學(xué)變化，產(chǎn)生電流化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能提升能量轉(zhuǎn)化效率，減少大氣污染第41頁

由于不一樣需要，電池有多種類型和型號，你懂得哪幾類電池，分別有什么用途呢？談一談第42頁電池第43頁干電池1823年伏打首先制成了伏打電池。1836年英國化學(xué)家發(fā)明了古典原電池。1865年法國化學(xué)家勒克朗斯發(fā)明了第—個(gè)干電池，當(dāng)代干電池不過是其改善。

鈕扣式電池中常見為銀鋅電池。銀鋅電池體積小、重量輕，可大電流放電，放電電壓平穩(wěn)，工作電壓是1.6伏，廣泛應(yīng)用于對體積和重量有嚴(yán)格要求場所，但價(jià)格昂貴。

蓄電池

蓄電池也稱二次電池，是指放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用化學(xué)電池。第44頁發(fā)展中新型電池1、氫鎳電池

氫鎳電池是新型蓄電池，其正極為氧化鎳，負(fù)極為氫電極（其內(nèi)部氣體壓力可達(dá)4MP）。它工作狀態(tài)可劃分為3種：正常工作狀態(tài)、過充電狀態(tài)和過放電狀態(tài)。氫鎳電池突出長處是循環(huán)壽命長，1977年起在地球同步軌道條件下壽命超出23年。另外，它承受過充電和過放電能力很強(qiáng)。但其成本較高，電池放電速度較大，以及有爆炸也許性。盡管如此，氫鎳電池前景十分樂觀，最后將在航天領(lǐng)域內(nèi)全面取代鎘鎳電池。第45頁2、鋰電池

鋰是自然界電池最輕金屬元素，同步它又具有最低電負(fù)性（-3.045V）。因此選擇合適正極與之匹配，能夠取得較高電動(dòng)勢，具有最高比能量，所謂比能量，即單位重量電極物質(zhì)所能放出能量。由于鋰遇水會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，因此應(yīng)選用非水電解質(zhì)溶液。日本三洋公司首先推出Li/MnO2電池。

鋰電池優(yōu)秀性能是：比能量高，使用溫度范圍廣，放電電壓平坦。以固體電解質(zhì)制成鋰電池，體積小，無電解液滲漏，電壓隨放電時(shí)間下降遲緩，電池壽命長，尤其適用于心臟起搏器電源。主要缺陷是：但在短路或某些重負(fù)荷下，有發(fā)生爆炸也許性。第46頁3、燃料電池

所謂燃料電池，是通過電化學(xué)過程將反應(yīng)物（燃料）中化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能電池裝置。燃料電池基本組成是電極、電解質(zhì)、燃料和氧化劑。工作時(shí)，燃料和氧化劑不間斷地分別輸送到電池兩個(gè)電極上，確保電池連續(xù)穩(wěn)定工作。

燃料電池適用于航空事業(yè)，一則燃料電池有很高比能量，可減少向太空發(fā)射費(fèi)用。二則燃料電池產(chǎn)物是水，經(jīng)處理后可供宇航員飲用，更可減少攜帶重量。第47頁

使用電池雖然能減少大氣污染和提升能量轉(zhuǎn)化效率，但廢舊電池能否隨意丟棄？為何？交流與討論

隨意丟棄廢舊電池會(huì)造成固體廢棄物和重金屬離子對環(huán)境污染。第48頁

一粒鈕扣電池可污染60萬升水，相稱于一種中型游泳池；等于一種人一生飲水量。一節(jié)一號電池爛在地里，能使一平方米土地失去利用價(jià)值，能夠使一種原本清澈見底小池塘受到難以恢復(fù)污染。目前，全國幾乎每個(gè)都市都結(jié)識(shí)到了廢舊電池潛伏污染危害。不過如何建立起周密回收網(wǎng)絡(luò)和如何處理這些“污染小炸彈”，是各地共同難題。觸目驚心!你以為應(yīng)如何處理？第49頁廢棄電池處理辦法：

集中回收處理生產(chǎn)和使用高效無污染電池第50頁

化石燃料能量轉(zhuǎn)化率低且污染大氣，而化學(xué)電源雖提升能量轉(zhuǎn)化率，減少大氣污染，但又帶來新環(huán)境污染問題。那么，你以為人類抱負(fù)能源是什么？為何？二、氫能1）原料起源廣2）氫氣完全燃燒放出熱量多；3）燃燒產(chǎn)物是水,無污染氫氣——抱負(fù)綠色能源。氫能將成為將來主要能源1.長處：第51頁

氫氣是一種抱負(fù)能源，那么如何取得氫氣，你有哪些辦法？⑴鋅和稀硫酸或稀鹽酸反應(yīng)⑵電解水Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑2H2O2H2↑+O2↑通電第52頁太陽能光分解水光電轉(zhuǎn)換電解水（3）利用太陽能制氫氣第53頁

以上兩種取得氫氣辦法中，你以為哪一種在生產(chǎn)、生活中更有發(fā)展前景？為何？思考與討論第54頁

氫氣燃燒值為1.43×108J/Kg,在開發(fā)氫能時(shí)，可用電解水辦法取得H2，已知20KV，500A電流24h可電解水9t問：（1）電解9t水需要消耗多少電能？(提醒:W=UIT)

（2）電解9t水能夠取得多少H2？這些氫氣完全燃燒可以取得多少熱能？（3）從計(jì)算成果中，你得到什么啟示？如何在電解水方面做出突破，請說出你構(gòu)想。為何目前沒有普遍推廣使用氫能源？第55頁2、大量使用氫能源要處理問題（1）、高效制氫辦法；

(2)、氫氣存放和運(yùn)輸問題

（3）、安全運(yùn)輸?shù)?6頁抱負(fù)氫能源循環(huán)系統(tǒng)第57頁

太陽能是由內(nèi)部氫原子發(fā)生聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生能，來自太陽輻射能量。人類所需能量絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸取二氧化碳，并把太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下動(dòng)植物通過漫長地質(zhì)年代演變形成。另外，水能、風(fēng)能等也都是由太陽能轉(zhuǎn)換來。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可無償使用，又無需運(yùn)輸，對環(huán)境無任何污染。為人類發(fā)明了一種新生活形態(tài)，使社會(huì)及人類進(jìn)入一種節(jié)省能源減少污染時(shí)代。清立新能源將來太陽能大規(guī)模利用是用來發(fā)電。利用太陽能發(fā)電方式有多種。目前已實(shí)用主要有下列兩種。①光—熱—電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生熱能發(fā)電。一般是用太陽能集熱器將所吸取熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動(dòng)氣輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱—電轉(zhuǎn)換。②光—電轉(zhuǎn)換。其基本原理是利用光生伏打效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它基本裝置是太陽能電池。

太陽能第58頁1、光合作用2、直接利用太陽輻射能二、太陽能光能化學(xué)能（生物質(zhì)能）光能光—熱轉(zhuǎn)換（溫室、太陽能熱水器）光—電轉(zhuǎn)換第59頁人類將迎來一種潔凈、高效明天.第60頁謝謝觀賞~第61頁1、最靈繁人也看不見自己背脊?！侵?、最困難事情就是結(jié)識(shí)自己?！ＥD3、勇猛、大膽和堅(jiān)定決心能夠抵得上武器精良。——達(dá)·芬奇