化學(xué)與能源-論文

化學(xué)與能源內(nèi)容摘要。化學(xué)與能源從各自誕生之日起就起著相互體現(xiàn)相互促進(jìn)的作用。通過(guò)上學(xué)期專(zhuān)業(yè)選修發(fā)電廠導(dǎo)論和本學(xué)期從分子水平看世界的課程的學(xué)習(xí)，對(duì)化學(xué)與能源的歷史發(fā)展時(shí)期以及每個(gè)時(shí)期內(nèi)二者的內(nèi)容有了全新的認(rèn)識(shí)。當(dāng)然，具體而深入的研究還得等大二大三隨著學(xué)習(xí)的深入慢慢進(jìn)行。現(xiàn)在只能憑著淺薄的知識(shí)略談一二，望老師諒解。關(guān)鍵詞：化學(xué)能源發(fā)展火力發(fā)電新能源三、正文。（一）化學(xué)的發(fā)展史和能源化學(xué)古時(shí)候，原始人類(lèi)為了他們的生存，在與自然界的種種災(zāi)難進(jìn)行抗?fàn)幹?，發(fā)現(xiàn)和利用了火。原始人類(lèi)從用火之時(shí)開(kāi)始，由野蠻進(jìn)入文明，同時(shí)也就開(kāi)始了用化學(xué)方法認(rèn)識(shí)和改造天然物質(zhì)。燃燒就是一種化學(xué)現(xiàn)象。掌握了火以后，人類(lèi)開(kāi)始食用熟食；繼而人類(lèi)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些物質(zhì)的變化，如發(fā)現(xiàn)在翠綠色的孔雀石等銅礦石上面燃燒炭火，會(huì)有紅色的銅生成。這樣，人類(lèi)在逐步了解和利用這些物質(zhì)的變化的過(guò)程中，制得了對(duì)人類(lèi)具有使用價(jià)值的產(chǎn)品。人類(lèi)逐步學(xué)會(huì)了制陶、冶煉；以后又懂得了釀造、染色等等。這些有天然物質(zhì)加工改造而成的制品，成為古代文明的標(biāo)志。在這些生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，萌發(fā)了古代化學(xué)知識(shí)。后來(lái)在中國(guó)出現(xiàn)了煉丹術(shù)，到了公元前2世紀(jì)的秦漢時(shí)代，煉丹術(shù)已頗為盛行，大致在公元7世紀(jì)傳到阿拉伯國(guó)家，與古希臘哲學(xué)相融合而形成阿拉伯煉丹術(shù)，阿拉伯煉丹術(shù)于中世紀(jì)傳入歐洲，形成歐洲煉金術(shù)，后逐步演進(jìn)為近代的化學(xué)。16世紀(jì)開(kāi)始，歐洲工業(yè)生產(chǎn)蓬勃興起，推動(dòng)了醫(yī)藥化學(xué)和冶金化學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展，使煉金術(shù)轉(zhuǎn)向生活和實(shí)際應(yīng)用，繼而更加注意物質(zhì)化學(xué)變化本身的研究。1775年前后，拉瓦錫用定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)闡述了燃燒的氧化學(xué)說(shuō)，開(kāi)創(chuàng)了定量化學(xué)時(shí)期，使化學(xué)沿著正確的軌道發(fā)展。19世紀(jì)初，英國(guó)化學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說(shuō)，突出地強(qiáng)調(diào)了各種元素的原子的質(zhì)量為其最基本的特征，其中量的概念的引入，是與古代原子論的一個(gè)主要區(qū)別。近代原子論使當(dāng)時(shí)的化學(xué)知識(shí)和理論得到了合理的解釋?zhuān)蔀檎f(shuō)明化學(xué)現(xiàn)象的統(tǒng)一理論。接著意大利科學(xué)家阿伏加德羅提出分子概念。自從用原子-分子論來(lái)研究化學(xué)，化學(xué)才真正被確立為一門(mén)科學(xué)。由此可見(jiàn)，化學(xué)一開(kāi)始的產(chǎn)生就是跟能量、能源有著不可磨滅的千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系了。通過(guò)我們專(zhuān)業(yè)的發(fā)電廠概論的學(xué)習(xí)我們知道，直到現(xiàn)在，人們主要使用的化石燃料其本質(zhì)還是利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能來(lái)加熱水產(chǎn)生高溫蒸汽，然后利用蒸汽帶動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生電能，傳送給世界上的千萬(wàn)家庭。燃燒，就是化學(xué)中的一個(gè)重要現(xiàn)象。當(dāng)然，實(shí)際上的化學(xué)能與熱能電能之間的轉(zhuǎn)化并沒(méi)這么簡(jiǎn)單，我們?cè)谵D(zhuǎn)化過(guò)程中還得研究如何提高能源轉(zhuǎn)化的效率、如何減少轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染、如何在循環(huán)工作中保證催化劑和設(shè)備等硬件設(shè)施的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與保養(yǎng)等等，一系列亟待解決的問(wèn)題，都跟化學(xué)密不可分。此外，除了火力發(fā)電，新能源也是與化學(xué)同在的一個(gè)新世紀(jì)的重要課題。之前的新聞中看到科學(xué)家們?cè)谥铝τ谘芯磕軐⑺杆俅罅糠纸鉃檠鯕夂蜌錃獾拇呋瘎€有的在研究利用生物質(zhì)能發(fā)電，或者垃圾發(fā)電，這些都與化學(xué)息息相關(guān)。而且我國(guó)也在發(fā)展新能源尤其是生物質(zhì)能發(fā)電的方面有很大進(jìn)展，全國(guó)很多地方電廠都已經(jīng)引入這一項(xiàng)技術(shù)，諸如利用玉米等作物發(fā)電等等，已初見(jiàn)成效。相信隨著化學(xué)這門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科的飛速發(fā)展，新能源一定能在未來(lái)的能源領(lǐng)域里唱起主角戲。（二）能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展同化學(xué)緊密聯(lián)系能源、材料和信息被稱(chēng)為人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的三大支柱。所謂能源是指提供能量的自然資源。人類(lèi)的文明始于火的使用，燃燒現(xiàn)象是人類(lèi)最早的化學(xué)實(shí)踐之一，燃燒把化學(xué)與能源緊密地聯(lián)系在一起。人類(lèi)巧妙地利用化學(xué)變化過(guò)程中所伴隨的能量變化，創(chuàng)造了五光十色的物質(zhì)文明。一開(kāi)始是屬于柴草時(shí)期。從火的發(fā)現(xiàn)到18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命間，樹(shù)枝雜草一直是人類(lèi)使用的主要能源。柴草不能燒烤食物，驅(qū)寒取暖，還被用來(lái)燒制陶器和冶煉金屬。緊接而來(lái)的是步入了煤炭時(shí)期。煤炭的開(kāi)采始于13世紀(jì)，而大規(guī)模開(kāi)采并使其成為世界的主要能源則是18世紀(jì)中葉的事了。1769年，瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，煤炭作為蒸汽機(jī)的動(dòng)力之源而受到關(guān)注。第一次產(chǎn)業(yè)革命期間，冶金工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、化學(xué)工業(yè)等的發(fā)展，使煤炭的需求量與日俱增，直至20世紀(jì)40年代末，在世界能源消費(fèi)中煤炭仍占首位?，F(xiàn)在我們處在第三階段，石油時(shí)期。第二次世界大戰(zhàn)之后，在美國(guó)、中東、北非等地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了大油田及伴生的天然氣，每噸原油產(chǎn)生的熱量比每噸煤高一倍。石油煉制得到的汽油、柴油等是汽車(chē)、飛機(jī)用的內(nèi)燃機(jī)燃料。世界各國(guó)紛紛投資石油的勘探和煉制，新技術(shù)和新工藝不斷涌現(xiàn)，石油產(chǎn)品的成本大幅度降低，發(fā)達(dá)國(guó)家的石油消費(fèi)量猛增。到60年代初期，在世界能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)表里，石油和天然氣的消耗比例開(kāi)始超過(guò)煤炭而居首位?，F(xiàn)在全球的趨勢(shì)是石油使用居多，但是目前中國(guó)由于國(guó)內(nèi)的資源配置等原因，火力發(fā)電主要原料仍為煤炭，火力發(fā)電也是國(guó)內(nèi)產(chǎn)生電能的主要方式。根據(jù)上學(xué)期的學(xué)習(xí)，我了解到炭火發(fā)電會(huì)帶來(lái)諸多方面的副作用。煤燃燒的危害主要是由四種：

1.溫室效應(yīng)，主要由二氧化碳引起，在所有相同質(zhì)量的傳統(tǒng)燃料（煤，石油，天然氣）中煤產(chǎn)生的二氧化碳最多，煤中又以褐煤最盛。同時(shí)要注意N2O也是溫室氣體，由煤燃燒時(shí)的氮元素產(chǎn)生，單位體積的危害量是CO2的270倍，由于含量少，被忽視。

2.酸雨，由煤中含有的硫和氮雜質(zhì)，燃燒生成氧化物，溶于水生成酸雨

。3.富營(yíng)養(yǎng)化，由氮的雜質(zhì)生成的氧化物，在自然界中聚集。

4.粉塵。這些問(wèn)題不僅給電廠設(shè)備、工人健康帶來(lái)危害，甚至?xí)?duì)整個(gè)地球的環(huán)境帶來(lái)諸多不利的影響。例如酸雨問(wèn)題，目前化學(xué)上就采用脫硫的技術(shù)，生產(chǎn)相對(duì)潔凈的煤炭以供燃燒：將煤中的硫元素用鈣基等方法固定成為固體防止燃燒時(shí)生成SO2。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外脫硫技術(shù)以及國(guó)內(nèi)電力行業(yè)引進(jìn)脫硫工藝試點(diǎn)廠情況的分析研究，目前脫硫方法一般可劃分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫等3類(lèi)。雙堿法脫硫方程式如下：2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O；Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3；Ca(OH)2+Na2SO3→2NaOH+CaSO3；4NaHSO3+2Ca(OH)2→2Na2SO3+2CaSO3·H2O+H2O；2Na2SO3+O2+2Ca(OH)2+4H2O→4NaOH+2CaSO4·2H2O。（三）新能源時(shí)期的化學(xué)以上談到的都是化石燃料為主體的傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)中化學(xué)的重要作用，在新時(shí)期新能源的開(kāi)發(fā)中，化學(xué)的作用照樣至關(guān)重要?；瘜W(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。在能源和資源方面，未來(lái)化學(xué)要研究高效潔凈的轉(zhuǎn)化技術(shù)和控制低品位燃料的化學(xué)反應(yīng)；新能源如太陽(yáng)能以及高效潔凈的化學(xué)電源與燃料電池等都將成為21世紀(jì)的重要能源，這些研究大多都需要從化學(xué)基本問(wèn)題作起，否則，很難取得突破。以燃料電池為例，由于燃料電池能將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，因此，它沒(méi)有像通目前我們化學(xué)的教學(xué)任務(wù)：既要向?qū)W生傳授知識(shí)，又要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性地分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思想和科學(xué)的方法?；瘜W(xué)是與人類(lèi)生產(chǎn)、生活聯(lián)系最密切的學(xué)科之一，我們應(yīng)深刻地鉆研教材，以教材為依據(jù)，使化學(xué)教學(xué)更貼近生活，貼近實(shí)際，不斷引進(jìn)“時(shí)代活水”，讓學(xué)生感受到化學(xué)知識(shí)是鮮活的、生動(dòng)的，同時(shí)又是很實(shí)用的。通過(guò)對(duì)《化學(xué)與能源》一節(jié)教學(xué)反思，讓我對(duì)此體會(huì)尤深。能源知識(shí)在初中化學(xué)教材中所占篇幅不多，但能源問(wèn)題是人類(lèi)面臨的三大問(wèn)題之一，能源意識(shí)教育屬現(xiàn)代意識(shí)教育，也是我國(guó)中學(xué)化學(xué)課程適應(yīng)社會(huì)需要而進(jìn)行改革的一個(gè)方面。但是，目前中學(xué)生能源意識(shí)普遍較薄弱，對(duì)我國(guó)能源現(xiàn)狀了解甚少，相關(guān)知識(shí)缺乏，而他們是祖國(guó)未來(lái)的建設(shè)者。因此，怎樣培養(yǎng)中學(xué)生的能源意識(shí)，使之能充分保護(hù)、適度開(kāi)發(fā)和合理利用現(xiàn)有能源是我們中學(xué)化學(xué)教師義不容辭的職責(zé)。我認(rèn)為造成學(xué)生能源意識(shí)薄弱的主要原因是：⒈認(rèn)識(shí)上的誤導(dǎo)。長(zhǎng)期以來(lái)，都說(shuō)我國(guó)地大物博，能源貯存量大，無(wú)后顧之憂(yōu)。因此，亂開(kāi)亂采、破壞浪費(fèi)能源資源的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。在這種輕視能源思想的影響下，對(duì)中學(xué)生能源意識(shí)教育也隨之忽略。⒉化學(xué)知識(shí)的貧乏。對(duì)能源資源片面理解為僅是燃料，只是煤、石油等可燃燒取熱的東西。其實(shí)不然，能源之源還包括潮汐能、地?zé)帷⑻?yáng)能、核能、水能、風(fēng)能等。若把煤和石油產(chǎn)品僅作燃料燒掉是大大浪費(fèi)。煤和石油做化工原料利用值遠(yuǎn)比燃料高。由于對(duì)能源知之甚少，自然談不上充分保護(hù)、適度開(kāi)發(fā)、合理利用能源了。能源是現(xiàn)代化建設(shè)和人民生活所必需的重要物質(zhì)資源，是一切動(dòng)力資源。從我國(guó)的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)來(lái)看，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要發(fā)展，能源是一個(gè)至關(guān)重要的基礎(chǔ)條件，也是一個(gè)嚴(yán)重的制約因素。作為一名化學(xué)教育工作者，責(zé)任感使我不能等閑視之。我嘗試著從以下兩個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行能源意識(shí)教育。一、結(jié)合化學(xué)教材，進(jìn)行能源教育⒈結(jié)合課堂教學(xué)，進(jìn)行能源教育。初中要學(xué)習(xí)煤、石油和天然氣等礦物燃料有關(guān)知識(shí)，就應(yīng)讓學(xué)生知道它們?cè)诘厍蛏系奶N(yùn)藏量并不是無(wú)限的。按照目前這些能源的消耗速度，并考慮人口增長(zhǎng)等因素，有人估計(jì)石油和天然氣不過(guò)幾十年，煤不過(guò)幾百年就會(huì)消耗完，而它們是不可再生資源。從而強(qiáng)調(diào)礦物能源一旦使用完就不再有了，進(jìn)一步明確能源和人類(lèi)之間的關(guān)系。⒉結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)行能源教育。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有做碳在氧氣中燃料實(shí)驗(yàn)。這時(shí)學(xué)生觀察到碳在純氧中燃燒遠(yuǎn)比在空氣中更旺，教師此刻可引導(dǎo)學(xué)生觀察：是否放出的熱也比在空氣中多呢？學(xué)生觀察比較后得出：碳在氧氣量充足情況下燃燒放出的熱量比氧氣量不足時(shí)多。再聯(lián)系到日常生活用煤，能否改進(jìn)爐灶和燒煤方法，提高煤的利用率呢？讓學(xué)生牢記：能源資源是有限的，我們一定要物盡其用，使它創(chuàng)造出最高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。⒊結(jié)合學(xué)生作業(yè)，進(jìn)行能源教育。初中化學(xué)課本上有一道題作業(yè)：要求寫(xiě)一篇有關(guān)能源的小論文，以講座或墻報(bào)等形式和同學(xué)們交流。教師可借此機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生到圖書(shū)館查找有關(guān)能源知識(shí)介紹的資料，搞節(jié)能，開(kāi)發(fā)新能源等小課題。通過(guò)這種活動(dòng)，有的學(xué)生認(rèn)識(shí)到用液化氣和煤氣比燒煤好處多；有的學(xué)生了解到煤、石油是不可再生能源，要充分利用它們，但森林能源可循環(huán)再生，農(nóng)村尤其要重視森林能源的研究和開(kāi)發(fā)。在風(fēng)能、水能資源豐富的地區(qū)，可充分利用這得天獨(dú)厚的條件，它不僅無(wú)污染，而且成本低廉，可永續(xù)利用。還有的學(xué)生感嘆到：化學(xué)真是太重要了，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)放出的熱能利用，就沒(méi)有人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，就沒(méi)有當(dāng)今科學(xué)技術(shù)、文化生活高速發(fā)展的今天。⒋結(jié)合選學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行能源教育。課本上有對(duì)氫能源知識(shí)的補(bǔ)充介紹，教師可組織學(xué)生學(xué)習(xí)討論：氫氣將是未來(lái)最理想的氣體燃料，它燃燒熱值大，無(wú)污染，來(lái)源是水，不受限制。若氫氣能大量而廉價(jià)地生產(chǎn)，貯存和運(yùn)輸，那將是對(duì)現(xiàn)有能源體系的重大變革。而后激勵(lì)學(xué)生努力學(xué)好化學(xué)，將來(lái)獻(xiàn)身于能源的開(kāi)發(fā)和利用。二、結(jié)合社會(huì)實(shí)踐，進(jìn)行能源教育⒈結(jié)合生產(chǎn)生活，進(jìn)行能源教育。我常常帶學(xué)生深入農(nóng)村進(jìn)行農(nóng)村用能情況的調(diào)研，看到農(nóng)村一方面嚴(yán)重缺能，另一方面浪費(fèi)能源現(xiàn)象嚴(yán)重。如校附近有三個(gè)村莊：一個(gè)是畬村，生活用能主要依靠薪柴和秸稈，村附近原先茂密的山林，現(xiàn)已光禿，地表植被迅速減少，水土流失嚴(yán)重，自然生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞；另一個(gè)村，村里的人都改燒煤，一年要燒掉許多煤，且村子里空氣中有二氧化硫等臭味，大氣污染嚴(yán)重；還有一個(gè)村，村里的農(nóng)民把秸稈、雜草、樹(shù)葉、人畜便等廢棄物質(zhì)放在沼氣池中發(fā)醞制沼氣，解決生活用能。把三個(gè)村子用能情況比較后，學(xué)生較深刻地理解了：沼氣的應(yīng)用對(duì)于解決農(nóng)村的燃料問(wèn)題，改善農(nóng)村的環(huán)境衛(wèi)生，提高肥料的質(zhì)量以及發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有重要的意義?；?，我曾在農(nóng)戶(hù)家上了一場(chǎng)上了別開(kāi)生面的化學(xué)課。此節(jié)課的主要內(nèi)容是了解甲烷的性質(zhì)及其運(yùn)用。老師布置學(xué)生課前預(yù)習(xí)有關(guān)章節(jié)知識(shí)，而后讓他們帶著筆記本到上鳳參觀農(nóng)家沼氣池。教師指導(dǎo)學(xué)生觀察、了解沼氣的結(jié)構(gòu)及工作原理，并要求農(nóng)戶(hù)介紹建造、使用沼氣池的原因及收獲，最后要求學(xué)生針對(duì)該沼氣池進(jìn)行優(yōu)、缺點(diǎn)評(píng)議，并提出改進(jìn)措施。通過(guò)這堂課的學(xué)習(xí)，學(xué)生們對(duì)甲烷的性質(zhì)及作用有了由表及里、由抽象到具體的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也意識(shí)到化學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，不能僅僅滿(mǎn)足于會(huì)紙上談兵、應(yīng)付考試，更重要的是綠色的田野呼喚有化學(xué)知識(shí)的新型農(nóng)民。真是一石雙鳥(niǎo)，效果很好，不僅學(xué)生滿(mǎn)意，還受到了農(nóng)民群眾的好評(píng)。再要求學(xué)生向家鄉(xiāng)人民宣傳能源意識(shí)，宣傳科技要進(jìn)村入戶(hù)，化學(xué)可先行一步，不能說(shuō)沒(méi)有效果。⒉開(kāi)展第二課堂，進(jìn)行能源教育。提出問(wèn)題的目的是要解決問(wèn)題，培養(yǎng)能源意識(shí)就是要保護(hù)、開(kāi)發(fā)能源。如何在中學(xué)生中進(jìn)行能源利用和能源科技活動(dòng)？這就要求除了對(duì)全體同學(xué)進(jìn)行能源意識(shí)的教育外，還要建立一支能源保護(hù)小組，讓他們了解當(dāng)?shù)啬男┑胤?，哪些能源被浪費(fèi)了，該怎么處理？什么地方，什么能源將被破壞，該怎么防止？讓同學(xué)們自選一二個(gè)項(xiàng)目，進(jìn)行調(diào)查、分析實(shí)驗(yàn)和總結(jié)。如：⑴當(dāng)?shù)剞r(nóng)民有濫燒稻草和稻茬的習(xí)慣，這樣既浪費(fèi)了肥料，而且污染了環(huán)境，該怎么處理？⑵農(nóng)村目前是否仍在燒柴，夠不夠燒，如果不夠燒，該怎么解決？再一個(gè)就是不斷地向同學(xué)們介紹國(guó)內(nèi)國(guó)際能源科技新動(dòng)態(tài)，讓同學(xué)們樹(shù)立能源問(wèn)題是能解決的信心，為造就新一代的能源科技人才打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。⒊發(fā)揮視聽(tīng)媒體的作用，進(jìn)行能源教育。隨著現(xiàn)代化傳播技術(shù)和媒體技術(shù)的發(fā)展，傳播媒體越來(lái)越豐富、越來(lái)越先進(jìn)了，調(diào)動(dòng)各種感覺(jué)器官和刺激各種感官并用的媒體越來(lái)越多地運(yùn)用于教學(xué)領(lǐng)域，使教學(xué)媒體更加豐富多樣。我曾用多媒體技術(shù)，向?qū)W生介紹海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中伊拉克放火焚燒科威特的油井，大火焚燒了好幾個(gè)