化学能和其它能源形式部分复习提纲

1、第五部分:核能的利用【核能的基本常识？】: 1、核能的通用英语翻译: Nuclear Energy【核能与化学能有什么区别？】 化学能：是指原子间键连关系发生变化时放出的能量。是原子尺度的变化，该是什么元素还是什么元素。 原子还是氢原子和氧原子，只是他们之间的链接关系也就是化学键发生了变化。能量来源于化学键变化。 核能：核能又称原子能，特指原子核结构发生变化时释放的能量。是原子核结构尺度上的变化，是从一种化学元素变为另一种化学元素。 原子从氢原子变为氦原子，能量来源于质量损耗。其中，金黄色颗粒表示质子，蓝色颗粒表示中子。【获取核能的两种方式及两者的本质区别】 1、核裂变：指一个重原子分裂成两个

2、或多个较轻原子核，并释放大量能量的方式。 如:铀235在中子的撞击下,其原子核自动分裂成两个更小的原子氪92和钡141，并释放出热量和个快速中子， 2、 核聚变：两个较轻原子核聚合成一个较重的原子核，并释放大量能量的方式（如氢弹爆炸）。【核裂变链式反应】 1、铀235具有放射性，在中子的撞击下分裂成两个更小的原子，释放出热量和两到三个快速中子; 2、这些中子和临近的铀235原子核发生碰撞，引发后者的分裂，并产生更多的能量和更多的中子； 3、如果提供的铀235足量，就会引发链式反应，释放出极大的能量。【核裂变反应的两种不同利用形式及两者的主要区别】 1、原子弹 如果不对裂变链式反应加以控制。中子

3、数量会持续增加，使得短时间内参与核裂变的铀原子数剧增，大量的能量瞬间释放，从而发生核爆。 2、核能发电： 相反，如果对过量的中子数目加以吸收，进而控制中子的产生速度，就可维持单位时间内参与核裂变的铀原子数恒定。从而维持恒定的能量释放。 3、两者的区别 原子弹爆炸过程是一种不受控的核裂变过程。核能发电是一种受控的核裂变过程。【压水堆核能发电系统由那两部分组成？工作过程？】 1、两个回路系统组成： a）核 岛：主要包括压水反应堆、蒸汽发生器。 b）常规岛：与火电站类似，包括蒸汽发生器、涡轮机、发电机和冷凝器。 2、压水堆核裂变反应堆的工作过程 其系统主要由核岛和常规岛两个回路系统组成。 其中常规岛

4、的结构组成和普通的火力发电站类似，主要包括蒸汽发生器，涡轮机，发电机和冷凝器四个部件。冷水进入蒸汽发生器后，吸热产生高压水蒸气，高压水蒸气推动涡轮机做功，涡轮机带动发电机发电。最后从涡轮机出来的低压水蒸气进入冷凝器释放潜热冷凝回液态水，并重新进入蒸汽发生器进入下一个循环。 核岛回路主要由压水反应堆和蒸汽发生器组成。轻水进入核反应堆后吸热，而后从反应堆出来的高温水向蒸汽发生器供热，将水蒸发为高温蒸汽。 核发电系统与传统矿物发电系统类似。唯一的不同之处就是热量的来源上，这里用核反应堆代替矿物燃烧室给系统提供热量。【核电反应堆有哪几个关键部件，及每个个部件的作用？】 1、燃料棒： 是其核心部件。作用

5、是为核能的释放提供充足的可裂变物（核燃料）。一般主要采用铀235； 2、中子减速剂： 作用：将U235裂变过程中产生的快速中子降低到接近分子热运动速度的热中子速度, 从而增加中子在反应堆中的停留时间，增加中子与周围铀原子撞击的概率。 3、控制棒： 主要作用：通过吸收过量的中子，从而维持反应堆内的中子数量，进而保持核裂变反应的速度, 维持一定的对外核热能释放量。 4、载热剂： 作用：将核裂变反应释放的热能带出并给蒸汽发生器供热。就目前而言，它和中子减速剂是同一种物质。【如何保证核电能够安全运行？】 1、防止正常运行或事故状态下放射性物质泄漏外逸的三道屏障 第一重屏障：燃料芯块和燃料元件包壳管；第

6、二重屏障：压力容器、蒸汽发生器、回路管道组成的压力边界第三重屏障：安全壳：所有反应堆都需安全地包容在安全壳壳体之内2、多重保护自动停堆 1、进行正常停堆； 2、因任何原因未能正常停堆时，控制棒自动落入堆内，实行自动紧急停堆； 3、如控制棒未能自动落入，高深度硼酸水自动喷入堆内，实现自动紧急停堆。【什么是 a、 b和g射线？】 卢瑟福是这三类辐射术语的命名者。 1、a射线：是带两个正电荷的氦核流； 2、b射线：是带是带负电的电子流； 3、g射线：是电中性的电磁辐射（高能光子流）。第六部分 电化学电源-锂离子电池【基本常识】 1、电化学电源的通用英语翻译：Electrochemical Energ

7、y 2、锂离子电池的英文翻译：Lithium ion battery 3、什么是化学电源？ 电池是化学能和电能之间相互转化的装置。【电化学反应与普通的化学反应有什么区别？】 1）化学反应的特点是:反应物之间的电荷转移直接发生在参与反应的氧化物和还原物之间，如： 反应过程中，电荷直接从还原物H2转移到氧化物O。 2）而电化学反应与之最大的不同点是：通过电极和电解质导体将一个总反应分为若干个半反应 ：【构成电化学电源的三个重要条件】 1、必须把燃料和氧化剂分隔在两个区域中进行； 2、需要有连通两个半反应的纯离子传导路径(即电解质), 3、同时还要有连通两个半反应的纯电子传导路径(即电极和连通的外电

8、路).【化学电源的四种分类】 1、一次电池: 电池放电后不能充电再使用的电池；主要有：锌锰电池（锌锰指电池的正负极材料）、锌汞电池、锌银电池等。主要用于小型用电器。 2、二次电池: 主要指可重复充放电循环使用的电池，主要有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池和锂离子电池等。主要应用于用电量偏大的设备。 3、发电电池: 燃料不存储在电池中，而是从燃料罐连续不断的输入电池，从而达到连续放电的效果。 主要指各种燃料电池。 4、储备电池(激活电池): 电池的正负级和电解质在贮存期不直接接触，使用前采取激活手段，电池便进入放电状态。如：锌银电池、镁银电池等。主要用于做导弹电源、心脏起搏器等对安全性要求较高

9、的电源。【什么叫锂离子二次电池？】 指以Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池。是一种利用电化学氧化-还原反应，进行化学能-电能之间转换的储能装置。 【锂离子电池的主要部件组成】 结构从外到内分别为：电池外壳、隔膜、阳极、隔膜、阴极。 1）正极(cathode)主要包括两部分： A）中间部分为集电体(铝箔):作用是收集电子电流的作用; B）集电体两侧涂有正极活性材料: 锂化合物（LiXCoO2、LiXNiO2 或LiXMnO2）， 作用：存放锂离子的作用; 2）负极(Anode) A）中间部分为集电体(铜箔):作用是收集电子电流的作用; B）集电体两侧分别涂有负极活性材料：(具有层状结构的石墨

10、): 作用：存放锂离子的作用; 3）电解质(Electrolyte)：LiPF6，LiAsF6等锂盐溶液。 主要作用是: 充当锂离子传导路径； 4）隔膜(Separator)：厚度为0.01mm以下的微孔聚丙烯薄膜。 作用是: 作为电解质溶液的支撑吸附体。【为什么锂电池要做成四层结构（两层隔膜电解质）？不是传统的阳极/电解质/阴极三层结构?】 因为如果做成三层结构，则当电池卷起来后，正极会和负极直接相接，从而出现短路现象。【锂离子电池的充放电过程】 1、充电的时候(电解池): 当外加电势大于锂离子的开路电压时。电源开始对锂离子电池充电。Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入到负极,负极处于富锂离子状态

11、。 即左侧反应物的能量+电能右侧反应物能量。从电能转化为化学能。 2、放电的时候(原电池):当外电路接上负载后，锂离子电池开始对外放电。外电路电流从正极流到负极；而在电极内部锂离子Li+从负极脱嵌，经由电解质嵌入正极，此时负极处于贫锂离子状态。即右侧反应物的能量左侧反应物能量+电能。从化学能释放为电能。第七部分 电化学能源燃料电池【燃料电池的基本常识】 1、燃料电池的英文翻译：Fuel Cell而不是fuel battery 2、什么是燃料电池？ 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转变为电能的发电设备。【燃料电池的两方面突出特点：】 1）与传统的充放电电池相比： 相同之处：都是由

12、负极-电解质-正极组成。 不同之处: 其燃料不是储存在电池内部，而是储存在电池外的储罐中。并通过连续不断的向电池输送燃料达到对外连续供电的效果，因此，确切的说，它是一种发电设备，而非储能设备。 2）与传统的热机发电设备相比: 发电过程中主要是通过电化学反应将燃料的化学能直接转化为输出电能，其整个过程中不涉及燃烧，因此其能量转换效率不受热机效率的限制。【为什么根据不同的电解质来划分燃料电池种类？】 不同电解质材料具有传导不同离子的能力，因此，对于同一个化学总反应而言，采用不同的电解质材料会导致不同的电化学半反应过程。 以简单的氢氧总反应为例： 【固体氧化物燃料电池发电的工作过程】以氢氧反应为例：

13、 首先，氧气从电池外部通过多孔电极传输到阴极的反应位置； 2、其次，氧气在阴极反应位置与外电路过来的电子反应生成氧离子； 3、氧离子通过电解质材料传导至阳极的反应位置； 4、氧离子在阳极反应位置与电池外通过电极气孔扩散进来的氢气反应生成水、电子。 5、产物水通过电极气孔排出电极，电子通过电极中的电子传导路径导出电池，并通过外电路循环到阴极反应位置。【燃料电池到底能产生多大的输出电压？】以氢气燃料为例， 1、1mol氢气发生化学反应所释放的化学能： 根据热力学定律：1摩尔氢气反应释放的化学能为该反应对应的吉布斯自由能的减小量，其中表示反应物在（）工作条件下的摩尔吉布斯自由能。 、移动产物电子从负极经外电路到正极所做的电功： 由反应方程式可得每消耗一个氢气分子就有两个电子绕外电路循环一圈。 据此，根据法拉第定律可得：每消耗1mol氢气燃料在回路中传输的电荷总量， 其中：n：该为反应中的转移电子数；N：阿伏伽德罗常数（每摩尔气体的分子数量）；e：为单位电子电量；F：为法拉第常数Ne96500 C/mol。则移动这些电子所做的电功为： 其中：表示SOFC的开路电压， 3、当无其它损耗存在时，1mol氢气发生化学反应所释放的化学能应全部用于提供1mol氢气产生的电子从负极经外电路到正极所做的电功：即 可得SOFC的开路电压满足下式：【平板型固体氧化物燃料