工程化學8名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎市公開課獲獎課件

第六章能源工程中化學（了解能源利用和發(fā)展形勢；了解清潔能源和可再生能源發(fā)展動態(tài)；了解蓄電池組成及其電化學原理；熟悉化學在處理能源危機中作用。第1頁6.1能源概論6.2化石能源有效利用和清潔生產(chǎn)6.3蓄電池6.4可再生能源第2頁6.1能源概論6.1.2能源定義與分類:能源是指能夠從其中取得能量資源。能源分類:（一）地球外太陽能、地球本身蘊藏能量、地球和其它天體引力相互作用形成能量（如潮汐能）（二）一次能源與二次能源、可再生能源與非再生能源、常規(guī)能源與新能源（三）燃料能源與非燃料能源（四）清潔能源與非清潔能源第3頁能源分類類別常規(guī)能源新能源一次能源可再生能源水能、生物質(zhì)能、原子能、風能、海洋溫差能、海流能、潮汐能、地熱能，直接太陽輻射非再生能源化石能源（煤炭、石油、天然氣、油頁巖）核燃料（鈾、釷、钚、氘等）二次能源電力、汽油、柴油、重油、焦炭、煤氣、水蒸氣、氫能、醇類燃料、沼氣第4頁類別可再生能源不可再生能源一次能源常規(guī)能源商品能源傳統(tǒng)能源（非商品能源）水力（大型）核能（增殖堆）地熱生物質(zhì)能（薪材秸稈、糞便等）太陽能（自然干燥等）水力（水車等）風力（風車、風帆等）畜力化石燃料（煤、油、天然氣等）核能非常規(guī)能源新能源生物質(zhì)能（燃料作物制沼氣、酒精等）太陽能（搜集器、光電池等）水力（小水電）風力（風力機等）海洋能地熱二次能源電力、汽油、柴油、重油、焦炭、煤氣、水蒸氣、氫能、醇類燃料、沼氣第5頁6.2化石能源有效利用和清潔生產(chǎn)6.2.1化石燃料定義、分類和組成煤、石油、天然氣組成了化石燃料。石油是許多性質(zhì)不一樣有機物混合物，其中75％以上是各種各樣烴類，其它組分是含氧、氮、硫及含金屬化合物。天然氣主要成份是甲烷。當甲烷體積分數(shù)高于0.5，稱為干天然氣；降至0.5則稱為濕天然氣，“濕”表示這種天然氣中含有較多高沸點輕易液化烴類。第6頁煤是由有機物、無機物組成一個混合物，主要成份為碳和氫，也含有少許硫、氧、氮、灰分等。

由植物殘骸轉(zhuǎn)化煤炭包含泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤等主要類型，伴隨煤轉(zhuǎn)化程度提升，其碳氫比依次增高，含氧量逐步降低，熱值依次遞增。煤主要形成過程可由下式表示：無煙煤煙煤褐煤泥炭植物煤結(jié)構(gòu)復雜，雜質(zhì)多，直接燃燒時不完全，熱效率低，而且煤燃燒會產(chǎn)生硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和煙塵等氣體嚴重污染了人類生存環(huán)境。

第7頁6.3蓄電池（二次電池）一次電池與二次電池原電池電極活性物質(zhì)在氧化－還原反應中不停消耗，使化學能直接轉(zhuǎn)換成電能，放電后不能使電極活性物質(zhì)復原，即它只能將化學能一次性地轉(zhuǎn)化為電能，不能將電能還原回化學能，故又稱為一次電池或干電池,市售堿性電池、錳干電池等都是一次性電池。蓄電池電極活性物質(zhì)經(jīng)反應輸出電能后，可用充電方法使活性物質(zhì)復原而繼續(xù)使用，故又稱二次電池或可充電電池。全部蓄電池電池反應均可逆。充電電池充放電循環(huán)可達數(shù)千次到上萬次。第8頁1、鎘鎳蓄電池工作原理鎘鎳電池是一個常見二次堿性電池。電池符號：(–)Cd|KOH(1.19~1.21g·cm–3)|NiO(OH)|C(+)電極反應:負極：Cd(s)+2OH–(aq)=Cd(OH)2(s)

+2e正極：2NiO(OH)(s)+2H2O+2e=Ni(OH)2(s)+2OH–電池特點：鎘鎳電池內(nèi)部電阻小，電壓平穩(wěn)，重復充放電次數(shù)多，使用壽命長，且能夠在低溫環(huán)境下工作，慣用于航天部門、電子計算器及便攜式家用電器電源。第9頁鎘鎳可充電電池第10頁2、氫鎳蓄電池氫鎳電池是進幾年開發(fā)出來一個新電池，主要針對鎘鎳電池鎘污染問題。電池符號：(–)Ti-Ni|H2(p)|KOH(c)|NiO(OH)|C(+)電極反應:負極：H2(p)=H+(c)

+2e正極：2NiO(OH)(s)+2H2O+2e=Ni(OH)2(s)+2OH–電池特點：氫鎳電池因為材料無毒，無污染而被稱為綠色環(huán)境保護電池，電池電動勢約為1.2V，循環(huán)壽命能夠很長。第11頁鎳氫電池結(jié)構(gòu)放電充電第12頁3、銀鋅蓄電池

鋅銀電池內(nèi)阻小、放電功率大、電壓平穩(wěn)、電性能穩(wěn)定、使用安全可靠、比能量高(是鉛酸蓄電池5倍，鎘鎳蓄電他3倍)，所以多用于通信、激光武器、水中兵器、航空、航天、戰(zhàn)略核武器等軍事裝備，軍體器材．遙控航模，新聞攝影和特殊電子儀器設備作配套電源。當前國內(nèi)外已經(jīng)有各種不一樣結(jié)構(gòu)特征電池組正在各種軍事武器裝備上服役。其工作原理為：充電放電充電放電負極正極放電充電電池反應：放電充電第13頁4、鋰電池

鋰電池是一類以金屬鋰或含鋰物質(zhì)為負極化學電源總稱。迄今，正在研究或生產(chǎn)中鋰電池約有20各種，現(xiàn)在慣用是鋰蓄電池，電池能夠重復充放電，降低了使用成本和降低了處理一次電池困難。當鋰電極用碳電極代替時，便成了最新式鋰離子蓄電池，電池中鋰離子源由氧化鈷鋰(LiCoO2)材料提供，而碳電極能夠吸藏鋰離子生成鋰碳化合物(LiCx)850鋰電池及其保護電路第14頁負極放電充電正極充電放電電池反應：放電充電

鋰離子電池特點是：體積小，比能量高，單電池輸出電壓高達4.2V。鋰離子電池主要用于便攜式攝像機、液晶電視機、移動電話機和筆記本計算機等。鋰離子電池以及銀鋅電池等與鉛電池相比，含有重量輕、體積小、儲存能量大以及無污染等優(yōu)點，被稱為新一代無污染綠色電池。第15頁5燃料電池電池符號：（-）C∣H2∣KOH(30%)∣O2∣C（+）電極反應：（-）H2+2OH-

-2e-

→2H2O（+）O2+2H2O+4e-

→4OH2H2+O2

→2H2O

每個電池可產(chǎn)生1.23V電壓。優(yōu)點：生成物不污染環(huán)境，且熱能轉(zhuǎn)化率高（達80%左右）電池反應：第16頁電動汽車燃料電池第17頁6.4主要新能源（可再生能源）太陽能、風能、地熱、潮汐、核能第18頁圖4-治理前熱電廠

我國能源結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源比重太小。必須合理開發(fā)及深入開發(fā)新能源，才能實現(xiàn)可連續(xù)發(fā)展。最有希望清潔能源是氫能和太陽能第19頁氫能優(yōu)點熱值高，其數(shù)值為142.9MJ·kg–1。

燃燒反應速率快，功率高原料是水，取之不盡產(chǎn)物是水，對環(huán)境無任何影響思索：用氫作能源當前還存在一些問題，你認為是哪些方面問題？1.氫能第20頁太陽能光解電解作為氯堿工業(yè)副產(chǎn)品，是當前工業(yè)氫氣制備方法。思索：用電解方法大規(guī)模制取用作能源氫氣可行嗎？從經(jīng)濟上考慮是不可行。利用太陽光能量電解水得到氫氣，正在研究中。(1)氫氣制取(經(jīng)濟問題)電解2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH第21頁(2)氫氣貯存和運輸(安全高效)(200~300)kPa微熱第22頁2.光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?3頁風力發(fā)電第24頁地熱第25頁核裂變反應在中子轟擊作用下，較重原子核分裂成輕原子核反應稱為核裂變反應。該反應損失質(zhì)量Δm=0.2118g·mol，能量改變?yōu)椋捍四芰肯喈斢?34.5噸標準煤完全燃燒所釋放能量。*核能第26頁核電第27頁