大学化学第04章-能源化学基础

2020/5/24,1,现代大学化学ModernCollegeChemistry第4章能源化学基础Chapter4Energy1Cal=4.184J,2020/5/24,6,4.1.2.3能量转换及其效率将一种能量转换为另一种形态的能量称为能量的转换。能量转换与守恒定律：能量形态A=能量形态B+热能损耗。热力学第一定律：U=Q+W能量转换的效率：能量转换的效率较低，通常在15%55%之间。不同形态能量之间的转换效率见表4.1.,2020/5/24,7,表4.1不同形态能量之间的转换效率,因此，开发、研制高效率的能量转换技术和设备也是十分有意义的工作。,2020/5/24,8,4.1.3我国的能源状况与危机4.1.3.1我国当前的非再生能源状况油田：玉门油田；大庆油田、辽河油田、中原油田；胜利油田、江苏油田等的状况；目前60%依靠进口；煤矿：储量占世界第三，产量占世界第一；天然气：正在开发利用中。,2020/5/24,9,4.1.3.2我国可再生能源的利用状况太阳能（发电，热水）：低，但正逐步提高！风能（发电）、地热能、潮汐能，等：低！麦秸杆（发电，饲料，发酵）：低！4.1.3.3美国、日本等国的储能计划,2020/5/24,10,图5.2已探明的世界石油储量与年产量之比R,4.2,2020/5/24,11,4.2化石燃料：煤碳、石油与天然气4.2.1燃烧热的定义与常见燃料的热值4.2.1.1燃烧热的定义定义：标准状态下，单位质量的燃料完全燃烧后所释放出来的热量称为该物质的热值或燃烧热。记为cH，单位为kJ/mol或kJ/g。标准状态：指定温度T和标准大气压（用上标表示）,2020/5/24,12,单位质量(体积)：1g物质、1mol物质或1m3气态物质。完全燃烧：CCO2(g);SSO2(g)；NN2(g)；HH2O(l)；ClHCl(aq)已知反应2H2(g)+O2(g)2H2O(g)，H=-483.6kJ问H是H2(g)的燃烧热cH吗？为什么？,2020/5/24,13,4.2.1.2常见燃料的燃烧热表4.2常见燃料的热值（kJ/g）,2020/5/24,14,4.2.2煤炭4.2.2.1煤的形成煤是由古代植物经地壳变迁而积压地下，在高温高压的条件下经长期转化得到的。其过程为：植物残骸腐殖质泥煤褐煤烟煤无烟煤4.2.2.2煤的分类煤可根据其在燃烧过程中发烟与否分为烟煤和无烟煤。,2020/5/24,15,4.2.2.3煤化工煤中含有S、N、O、Si、Ca、Mg等杂质，影响其使用。以煤为原料，在一定的条件下生产、加工而获得其它化工原料、产品的工业称为煤化工。,2020/5/24,16,4.2.3石油与天然气4.2.3.1石油与天然气的形成石油与天然气是古代海洋中的生物由于地壳运动而沉积于地层中，在高温高压的条件下经长期作用而生成的产物。如图4.14.2.3.2石油与天然气的组成,石油,烃类,非烃类（硫化氢;硫醇;硫醚;噻酚,吡啶,吡咯类,等）,气态烃（石油气，C1C4低沸点组分）,液态烃,固态烃（C36；凡士林，蜡，沥青，等）,汽油（C5C11正构烷烃，50,000,000）；目前太阳上正在进行的是氢聚变成氦的反应，氢消耗到一定程度后进行H+HeLi；He+HeC；等的反应，聚变所需要的温度也越来越高。如果星球质量（进而吸引力和压力）足够大，温度就足够高，最终会引发生成Fe的聚变，反应终止。星球变为白矮星（所在的位置称为黑洞）。白矮星特点：体积小、亮度低，但质量大、密度极高。,2020/5/24,63,4.5可再生能源的利用不随人类的利用而明显减少的能源称为可再生能源。常见的可再生能源有太阳能，风能，水力能，潮汐能和地热能等。4.5.1太阳能太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于106107吨标准煤的能量，相当于全世界能耗的1万倍，是真正的绿色能源。目前人类所使用的矿物燃料均来源于太阳亿万年来的奉献。太阳能的利用包括太阳能电池、太阳炉等许多方面。光热转换、光电转换和光化学转换等,2020/5/24,64,4.5.2风能的利用,风能是指太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。利用风力机可将风能转换成电能、机械能和热能等。风能利用的主要形式有风力发电、风力提水、风力致热以及风帆助航等。,2020/5/24,65,4.5.3氢能4.5.3.1氢能的特点氢的燃烧热为143kJ/g,是汽油的3.25倍,是标准煤的4.77倍。是自然界中热值最高的燃料。氢的燃烧产物为H2O，无废气、无烟尘，是自然界中最清洁的燃料。自然界中含有大量的水（H2O），氢是自然界中含量最丰富的物质之一，是自然界中含量最高的潜在能源。氢的燃烧对温度、压力的依赖性小，可用于更加恶劣（如极地低温）的工作环境。,2020/5/24,66,4.5.3.2氢的制备大气中几乎不含游离的氢，需通过一定的制备方法方能得到，因此，氢为二次能源。目前人们提出的制氢方法有：电解水法：2H2O(l)2H2(g)+O2(g)高温(2000)热裂法：2H2O(l)2H2(g)+O2(g)催化热解法。,2020/5/24,67,4.5.3.3氢的贮存在室温下，在40L、150atm的钢瓶里只能贮存约0.5kg的氢。储氢合金：能储存氢的金属和合金。储氢量大、能耗低、工作压力低、使用方便，具有良好的应用前景。,2020/5/24,68,4.5.4生物质能绿色植物在叶绿素的作用下，将太阳能转化为化学能而储存在植物的根、茎、叶中。植物的根、茎、叶中储存的能量称为生物质能。生物质能是可再生能源。生物质能潜力大、种类多、来源广。有木材和森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、可燃生活垃圾，等。,2020/5/24,69,生物质能的应用方法有直接燃烧法：如焚烧麦秸杆（取暖、做饭、发电）；深加工法：将生物质材料压制成成型燃料，提高使用的便利性和燃烧效率；热化学转换法：在高温绝氧的条件下，获得木炭、焦油和燃气；生化转换法：如通过发酵生成沼气、酒精等。,2020/5/24,70,4.5.5地热能,地热资源：是指在当前技术经济和地质环境条件下，地壳内能够科学、合理地开发出来的岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。地热资源，按赋存形式可分为水热型(又分为干蒸汽型、湿蒸汽型和热水型)、地压型、干热岩型和岩浆型4大类；按温度高低可分为高温型(150)、中温型(90149)和低温型(89)。地热能的利用方式主要有地热发电和地热直接利用两大类。,2020/5/24,71,4.5.6海洋能海洋能：是指蕴藏在海洋中的可再生能源，它包括潮汐能、波浪能、潮流能、海水温差能和海水盐差能等不同的能源形态。海洋能按储存的能量形式，可分为机械能、热能和化学能。,2020/5/24,72,EndofChapter4,2020/5/24,73,图4.1石油、天然气在地层中的分布,海洋生物经过漫长的地质年代，与淤泥混合，首先形成腊状的生油岩，再退