能源是一種物質(zhì)資源是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)能量是課件

能源是一種物質(zhì)資源，是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)；能量是人類社會(huì)各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的原動(dòng)力。能源的開發(fā)和利用是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。但是，隨著社會(huì)的發(fā)展，能源的供需矛盾日趨尖銳。因此，如何合理地利用現(xiàn)有能源，開發(fā)新的能源是人類必須關(guān)注的一個(gè)重大社會(huì)問題。

能源與化學(xué)16:19:57生活與化學(xué)第一節(jié)

概

述一、能量的形態(tài)與轉(zhuǎn)化

1.能量—物質(zhì)做功的本領(lǐng)。

2.能量的形態(tài)：熱、機(jī)、生、化、光、電、核

。

3.能量的轉(zhuǎn)化：能源→熱能→其它能(η<100%)。

16:19:57生活與化學(xué)二、能源的概念與分類

1.定義：能源—可以從中獲得能量的資源。

2.分類:

可直接利用的為一次性能源，由其它能源制取的為二次性能源

，不因人的利用而減少的是再生能源，越用越少的是非再生能源。

能

源一次

能源再生

能源風(fēng)、流水、海流、草木、太陽輻射、地?zé)岱窃偕?/p>

能源化石燃料（煤

石油

天然氣油頁巖）核燃料（UThPuD）

二

次

能

源電能、氫能、汽油、柴油、火藥

、甲醇、丙烷、苯胺、硝化棉、硝化甘油16:19:57生活與化學(xué)一、燃料的分類和組成

燃料—產(chǎn)生熱能或動(dòng)力的可燃性物質(zhì)。

1.分類:第二節(jié)

燃料能源物

態(tài)天

然

燃

料人

造

燃

料

固體燃料木材

泥煤

褐煤

油頁巖木炭

焦炭

煤磚液體燃料石油汽油

煤油

柴油

酒精氣體燃料天然氣煤氣

石油裂化氣

沼氣16:19:57生活與化學(xué)

2.組成:有機(jī)可燃物（有機(jī)化合物+高分子化合物）；

無機(jī)可燃物（可燃物+灰分（鹽+氧物））；

水份。元素組成：C、H、O、N、S、少量金屬。燃料能源以煤為主。但是，它有許多缺點(diǎn)。煤的氣化受到人們的重視。天然氣在燃料能源中有許多優(yōu)點(diǎn)。16:19:57生活與化學(xué)煤石油天然氣化石燃料的利用16:19:57生活與化學(xué)化石燃料煤：“工業(yè)的糧食”，是人類歷史上最古老的化石燃料之一。石油：“工業(yè)的血液”天然氣：地下自然形成的可燃性氣體，主要成分是甲烷（CH4)三大化石燃料16:19:57生活與化學(xué)煤、石油、天然氣的形成煤、石油、天然氣的元素組成煤、石油、天然氣的分布煤、石油、天然氣的用途煤、石油、天然氣的熱值和燃燒產(chǎn)物比較化石燃料與環(huán)境污染化石燃料16:19:57生活與化學(xué)煤的形成16:19:57生活與化學(xué)石油的形成16:19:57生活與化學(xué)天然氣的形成16:19:57生活與化學(xué)煤的組成碳元素氫元素氮元素氧元素硫元素16:19:57生活與化學(xué)碳元素氫元素氧元素硫元素氮元素石油的組成16:19:57生活與化學(xué)天然氣的組成天然氣主要是由碳和氫組成的氣態(tài)碳?xì)浠衔?，其中最主要的是甲烷（?6:19:57生活與化學(xué)分布情況：山西內(nèi)蒙古河北山東安徽江蘇16:19:57生活與化學(xué)分布情況：東北、華北、新疆等地16:19:57生活與化學(xué)分布情況：新疆四川16:19:57生活與化學(xué)西氣東輸“西氣東輸”是開發(fā)大西北的一項(xiàng)重大工程，該工程將天然氣從新疆塔里木輸送至上海西郊，輸氣管道全長4200多千米，橫跨9個(gè)省、市、自治區(qū)。這一重大工程的實(shí)施，將取代部分工業(yè)和居民使用的煤炭和燃油，有效改善大氣環(huán)境，提高人民的生活質(zhì)量。16:19:57生活與化學(xué)煤的干餾煤焦碳+煤焦油+焦?fàn)t氣加強(qiáng)熱隔絕空氣思考：煤的干餾屬于什么變化？化學(xué)變化16:19:57生活與化學(xué)煤的綜合利用16:19:57生活與化學(xué)石油的綜合利用石油的分餾16:19:57生活與化學(xué)石油的分餾屬于什么變化？

根據(jù)原油中各物質(zhì)沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離；屬于物理變化。16:19:57生活與化學(xué)16:19:57生活與化學(xué)甲烷——沼氣池塘里的沼氣16:19:57生活與化學(xué)現(xiàn)象：1、看到藍(lán)色火焰2、放熱3、燒杯內(nèi)壁有水霧4、迅速將燒杯到轉(zhuǎn)后，倒入澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁甲烷燃燒（點(diǎn)燃前需要檢驗(yàn)純度）16:19:57生活與化學(xué)可燃冰是一種天然氣水合物，埋藏在海底巖石中，在低溫高壓條件下，一體積可燃冰可以儲(chǔ)載100-200倍體積的甲烷氣體，具有能量高，燃燒值大等優(yōu)點(diǎn)。16:19:57生活與化學(xué)沼氣的制取和利用16:19:57生活與化學(xué)燃料的熱值：

是一定量燃料完全燃燒放出的熱量。燃料熱值（J/Kg)原煤2.1×107原油4.2×107天然氣3.9×107煤氣1.56×107液化氣4.7×107柴草約1.7×107例：運(yùn)用表格中常見的燃料的熱值數(shù)據(jù)，思考：要將1Kg水燒開，分別需要下列表格中的燃料的質(zhì)量由大到小的排列順序是-----------煤氣>柴草>原煤>天然氣>原油>液化氣16:19:57生活與化學(xué)燃燒產(chǎn)物（從元素組成判斷）煤、石油：碳元素氫元素氧元素氮元素硫元素二氧化碳、一氧化碳、粉塵水氮的氧化物二氧化硫天然氣：(CH4)碳元素氫元素二氧化碳、一氧化碳水思考：從節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境上來考慮應(yīng)提倡使用哪種燃料？16:19:57生活與化學(xué)化石燃料燃燒與環(huán)境污染1、全球氣候變化

溫室效應(yīng)2、熱污染

局部區(qū)域的水溫上升3、大氣污染粉塵、酸雨、一氧化碳污染16:19:57生活與化學(xué)16:19:57生活與化學(xué)酸雨的危害16:19:57生活與化學(xué)思考:地球上的礦物資源是有限的,總有一天會(huì)被完全消耗掉.我們?nèi)绾谓鉀Q人類所面臨的能源短缺問題?16:19:57生活與化學(xué)解決方法：1、節(jié)約現(xiàn)有能源2、加強(qiáng)能源的綜合利用3、開發(fā)利用新能源16:19:57生活與化學(xué)地?zé)崮艹毕茱L(fēng)能核能水能太陽能16:19:57生活與化學(xué)16:19:57生活與化學(xué)借助于化學(xué)變化將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱化學(xué)電源?？煞譃椋涸姵?一次性電池)；

蓄電池(二次性電池，可逆電池)；

燃料電池第三節(jié)

化學(xué)電源

16:19:57生活與化學(xué)電池符號(hào)：（－）Zn∣ZnCl2，NH4Cl(糊)∣MnO2∣C(石墨)（＋）電極反應(yīng):（－）Zn(s)→Zn2++2e-（－）（＋）2MnO2(s)+2NH4++2e-→Mn2O3(s)+2NH3(aq)+2H2O

電動(dòng)勢:1.5V。若用KOH代替NH4Cl制成堿性鋅錳電池,可多次充、放電。

1.鋅-錳干電池16:19:57生活與化學(xué)電池符號(hào)：（－）Zn∣Hg∣KOH(含ZnO)∣HgO∣Hg∣Pt（＋）電池反應(yīng):（－）Zn(Hg)+2OH-→ZnO+H2O+2e-

（＋）HgO（s）+H2O+2e-→Hg（l）+2OH-

電動(dòng)勢:1.34V。電壓穩(wěn)定，可做成鈕扣電池。

2.鋅-汞電池16:19:57生活與化學(xué)

1.鉛蓄電池（鉛酸蓄電池）電池符號(hào)：（－）Pb|H2SO4|PbO2（＋）充、放電反應(yīng):Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O特點(diǎn)：電壓2.0V，電流0.5A?？啥虝r(shí)大電流放電。酸易溢出，腐蝕性強(qiáng)。二、蓄電池16:19:57生活與化學(xué)⑴鐵-鎳蓄電池電池符號(hào):

（－）Fe∣KOH（30%）∣Ni(OH)3(＋)充放電反應(yīng)：

Fe＋2Ni(OH)3Fe(OH)3＋Ni特點(diǎn)是：重量輕、體積小、抗震好⑵銀-鋅蓄電池電池符號(hào):

（－）Zn∣KOH(40%)∣Ag2O∣Ag(＋)充放電反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2OZn(OH)2＋2Ag特點(diǎn)是：電壓平穩(wěn)

2.堿性蓄電池16:19:57生活與化學(xué)以可燃物為負(fù)極反應(yīng)物，氧或空氣為正極反應(yīng)物，以燃燒反應(yīng)為電池反應(yīng)，如此構(gòu)成的電池即燃料電池。

理論上燃料電池能量轉(zhuǎn)換可達(dá)100%，可用于建造大規(guī)模電站。是最潔凈的電源。

1.氫-氧燃料電池電池符號(hào)：（－）C∣H2∣KOH(35%)∣O2∣C(＋)三、燃料電池16:19:57生活與化學(xué)電池反應(yīng)：（－）H2+2OH-

→2H2O+2e-

（＋）O2+2H2O+4e-→4OH-

電池總反應(yīng):

2H2+O2→2H2O

正極需加催化劑（Pt、Pd、Co2O3、Ag等）負(fù)極以活性炭多孔鎳吸附H2。16:19:57生活與化學(xué)電池符號(hào)：（－）Pt∣CH3OH∣H2SO4∣O2∣Pt(＋)電池反應(yīng):（＋）3/2O2+6H++6e-→3H2O

（－）CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-

CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O可用工業(yè)甲醇；可用KOH代硫酸。

3.其它燃料電池

2.甲醇-氧燃料電池16:19:57生活與化學(xué)煤、石油、天然氣都是非再生的，它們的形成過程十分漫長，而它們的消耗卻十分迅速。燃燒化石燃料向大氣排放大量的“溫室氣體”、形成酸雨，并排放大量的煙塵，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。能源危機(jī)正在逼近，人們不能不開發(fā)新的能源。一、氫能

1.氫燃料的特點(diǎn):⑴無毒、無污染，最清潔；

⑵燃料來自水，燃燒產(chǎn)物是水，可永遠(yuǎn)循環(huán)使用；

⑶點(diǎn)火溫度低，燃燒速度快，發(fā)熱量大;

⑷H2可直接利用，也可間接使用，是方便燃料。第四節(jié)

新能源16:19:57生活與化學(xué)

2.氫燃料的制?、烹娊馑篐2O→H2+1/2O2能量可用太陽能、電能。

⑵熱分解水：H2O→H2+1/2O2（催化劑：Ca、Br2、Hg等。溫度：730-1000℃）

⑶光分解水：H2O→H2+1/2O2

⑷光電分解水：以n-型氧化鈦為電極，在陽光下使水分解。16:19:57生活與化學(xué)

3.氫燃料的貯存

H2密度小，運(yùn)輸和貯存都是很大問題。液氫沸點(diǎn)低，常溫下壓力很大，對(duì)設(shè)備要求高。目前主要考慮貯氫金屬。2019年，我國研制出的納米碳管，是很好的貯氫材料。16:19:57生活與化學(xué)二、核能目前唯一達(dá)到工業(yè)應(yīng)用、可以大規(guī)模替代化石燃料的能源，就是核能。1942年12月2日第一座反應(yīng)堆首次啟動(dòng)時(shí)，功率僅為0.5瓦。60年后，核能已占全世界總能耗的6％。國際原子能機(jī)構(gòu)公布，截至2019年底，全世界共有441臺(tái)核電機(jī)組在運(yùn)行，2019年共生產(chǎn)電力2.574萬億千瓦小時(shí)，約占當(dāng)年世界總發(fā)電量的17％。其中，核發(fā)電量占本國總發(fā)電量比例最高的國家是立陶宛，達(dá)到80％，其次是法國，達(dá)到79％。16:19:57生活與化學(xué)

1.核裂變能——把重核分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量的核時(shí)，釋放出大量的

能量。此過程稱核裂變。

核裂變需有足夠能量的中子的轟擊，而U-235、Pu-239只需較低能量的中子。因此,當(dāng)前使用的核燃料主要是這兩種。1.核裂變能16:19:57生活與化學(xué)例如：U-235在中子轟擊下裂變?yōu)锽a-140和Kr-93同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)中子，接著就會(huì)發(fā)生爆炸式的連鎖反應(yīng)核裂變時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，遵守愛因斯坦定律：E=mc2

?E=

?mc2其中Δm=m（生成物）-m（反應(yīng)物）

按此式，1克U-235，核裂變能為-8.1×107kJ，相當(dāng)于3噸煤燃燒所放出的熱量。

核裂變產(chǎn)物大多具有放射性，尤其Sr-90。所以原料和產(chǎn)物的貯存、處理都要有嚴(yán)格的安全措施。16:19:57生活與化學(xué)

核聚變——使很輕的核在異常高的溫度下合成較重的核。核聚變時(shí)，放出更大的能量。按愛因斯坦公式，

ΔE=-1.698×109kJ·mol-1

1克氘(或氚)比1克鈾產(chǎn)生的能量大得多。氘可由重水中得到。海水中重水達(dá)2×1020kg。核聚變資源極為豐富。

但是,核聚變需足夠高的溫度(109℃

),足夠長的時(shí)間(1s)。而且要能人為控制不使爆炸。聚變不產(chǎn)生放射性產(chǎn)物。2.核聚變能16:19:57生活與化學(xué)

核能可以由兩種不同的路線釋放出來：重核裂變（爆裂），兩個(gè)輕核聚變（化合）。二者都是由于產(chǎn)物有更高的結(jié)合能。聚變作用難于進(jìn)行是因?yàn)楹碎g彼此排斥，不象裂變作用那樣。聚變不產(chǎn)生放射性產(chǎn)物。16:19:57生活與化學(xué)中國核能的歷史、現(xiàn)狀和未來發(fā)展一、中國和平利用核能的現(xiàn)狀1964年10月我國第一顆原子彈成功爆炸。上世紀(jì)80年代以來，以核電建設(shè)為重點(diǎn)，中國核能和平利用得到較快發(fā)展，規(guī)模不斷擴(kuò)大，科技水平不斷提高，呈現(xiàn)了良好的發(fā)展勢頭。中國自主設(shè)計(jì)建設(shè)的第一座核電站——秦山核電站于1991年建成投產(chǎn)，結(jié)束了中國大陸無核電的歷史。1994年建成投產(chǎn)的大亞灣核電站開創(chuàng)了中外合作建設(shè)核電站的成功范例。2019年開始，中國又自主設(shè)計(jì)建設(shè)了秦山二期核電站；與國外合作建設(shè)了嶺澳核電站、秦山三期核電站和田灣核電站。截至2019年７月，共有9臺(tái)核電機(jī)組投入運(yùn)行，總裝機(jī)容量701萬千瓦；建設(shè)中的江蘇田灣核電站2019年全部建成投運(yùn)，核電總裝機(jī)容量達(dá)913萬千瓦。16:19:57生活與化學(xué)二、未來發(fā)展為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足能源不斷增長的需要，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，必須加快核能的發(fā)展。中國把核電作為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分，逐步提高核能在能源供應(yīng)總量中的比例。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、電力負(fù)荷集中的沿海地區(qū)，核電將成為電力結(jié)構(gòu)的重要支柱。中國和平利用核能事業(yè)有著良好的發(fā)展前景。16:19:57生活與化學(xué)

太陽上進(jìn)行的反應(yīng)是核聚變反應(yīng)，每天質(zhì)量變化4×106噸，向空間輻射能量4×1023kJ·s-1，這些能量的萬分之一足夠人類消耗。地球每天接受的輻射能可達(dá)6×1018kJ。其利用可分：1.太陽能的直接利用熱能—如太陽能集熱器；電能—太陽能電池。三、太陽能圖太陽能電池16:19:57生活與化學(xué)太陽能的能量密度低；晝、夜、陰、雨變化較大，所以太陽能的貯存是個(gè)問題。2.太陽能的間接利用

風(fēng)能、地?zé)?、海浪、水流等都來自太陽能。如：光合作用，潮汐發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，水力發(fā)電等。16:19