工程化学8名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第六章能源工程中化学（了解能源利用和发展形势；了解清洁能源和可再生能源发展动态；了解蓄电池组成及其电化学原理；熟悉化学在处理能源危机中作用。第1页6.1能源概论6.2化石能源有效利用和清洁生产6.3蓄电池6.4可再生能源第2页6.1能源概论6.1.2能源定义与分类:能源是指能够从其中取得能量资源。能源分类:（一）地球外太阳能、地球本身蕴藏能量、地球和其它天体引力相互作用形成能量（如潮汐能）（二）一次能源与二次能源、可再生能源与非再生能源、常规能源与新能源（三）燃料能源与非燃料能源（四）清洁能源与非清洁能源第3页能源分类类别常规能源新能源一次能源可再生能源水能、生物质能、原子能、风能、海洋温差能、海流能、潮汐能、地热能，直接太阳辐射非再生能源化石能源（煤炭、石油、天然气、油页岩）核燃料（铀、钍、钚、氘等）二次能源电力、汽油、柴油、重油、焦炭、煤气、水蒸气、氢能、醇类燃料、沼气第4页类别可再生能源不可再生能源一次能源常规能源商品能源传统能源（非商品能源）水力（大型）核能（增殖堆）地热生物质能（薪材秸秆、粪便等）太阳能（自然干燥等）水力（水车等）风力（风车、风帆等）畜力化石燃料（煤、油、天然气等）核能非常规能源新能源生物质能（燃料作物制沼气、酒精等）太阳能（搜集器、光电池等）水力（小水电）风力（风力机等）海洋能地热二次能源电力、汽油、柴油、重油、焦炭、煤气、水蒸气、氢能、醇类燃料、沼气第5页6.2化石能源有效利用和清洁生产6.2.1化石燃料定义、分类和组成煤、石油、天然气组成了化石燃料。石油是许多性质不一样有机物混合物，其中75％以上是各种各样烃类，其它组分是含氧、氮、硫及含金属化合物。天然气主要成份是甲烷。当甲烷体积分数高于0.5，称为干天然气；降至0.5则称为湿天然气，“湿”表示这种天然气中含有较多高沸点轻易液化烃类。第6页煤是由有机物、无机物组成一个混合物，主要成份为碳和氢，也含有少许硫、氧、氮、灰分等。

由植物残骸转化煤炭包含泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤等主要类型，伴随煤转化程度提升，其碳氢比依次增高，含氧量逐步降低，热值依次递增。煤主要形成过程可由下式表示：无烟煤烟煤褐煤泥炭植物煤结构复杂，杂质多，直接燃烧时不完全，热效率低，而且煤燃烧会产生硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和烟尘等气体严重污染了人类生存环境。

第7页6.3蓄电池（二次电池）一次电池与二次电池原电池电极活性物质在氧化－还原反应中不停消耗，使化学能直接转换成电能，放电后不能使电极活性物质复原，即它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能，故又称为一次电池或干电池,市售碱性电池、锰干电池等都是一次性电池。蓄电池电极活性物质经反应输出电能后，可用充电方法使活性物质复原而继续使用，故又称二次电池或可充电电池。全部蓄电池电池反应均可逆。充电电池充放电循环可达数千次到上万次。第8页1、镉镍蓄电池工作原理镉镍电池是一个常见二次碱性电池。电池符号：(–)Cd|KOH(1.19~1.21g·cm–3)|NiO(OH)|C(+)电极反应:负极：Cd(s)+2OH–(aq)=Cd(OH)2(s)

+2e正极：2NiO(OH)(s)+2H2O+2e=Ni(OH)2(s)+2OH–电池特点：镉镍电池内部电阻小，电压平稳，重复充放电次数多，使用寿命长，且能够在低温环境下工作，惯用于航天部门、电子计算器及便携式家用电器电源。第9页镉镍可充电电池第10页2、氢镍蓄电池氢镍电池是进几年开发出来一个新电池，主要针对镉镍电池镉污染问题。电池符号：(–)Ti-Ni|H2(p)|KOH(c)|NiO(OH)|C(+)电极反应:负极：H2(p)=H+(c)

+2e正极：2NiO(OH)(s)+2H2O+2e=Ni(OH)2(s)+2OH–电池特点：氢镍电池因为材料无毒，无污染而被称为绿色环境保护电池，电池电动势约为1.2V，循环寿命能够很长。第11页镍氢电池结构放电充电第12页3、银锌蓄电池

锌银电池内阻小、放电功率大、电压平稳、电性能稳定、使用安全可靠、比能量高(是铅酸蓄电池5倍，镉镍蓄电他3倍)，所以多用于通信、激光武器、水中兵器、航空、航天、战略核武器等军事装备，军体器材．遥控航模，新闻摄影和特殊电子仪器设备作配套电源。当前国内外已经有各种不一样结构特征电池组正在各种军事武器装备上服役。其工作原理为：充电放电充电放电负极正极放电充电电池反应：放电充电第13页4、锂电池

锂电池是一类以金属锂或含锂物质为负极化学电源总称。迄今，正在研究或生产中锂电池约有20各种，现在惯用是锂蓄电池，电池能够重复充放电，降低了使用成本和降低了处理一次电池困难。当锂电极用碳电极代替时，便成了最新式锂离子蓄电池，电池中锂离子源由氧化钴锂(LiCoO2)材料提供，而碳电极能够吸藏锂离子生成锂碳化合物(LiCx)850锂电池及其保护电路第14页负极放电充电正极充电放电电池反应：放电充电

锂离子电池特点是：体积小，比能量高，单电池输出电压高达4.2V。锂离子电池主要用于便携式摄像机、液晶电视机、移动电话机和笔记本计算机等。锂离子电池以及银锌电池等与铅电池相比，含有重量轻、体积小、储存能量大以及无污染等优点，被称为新一代无污染绿色电池。第15页5燃料电池电池符号：（-）C∣H2∣KOH(30%)∣O2∣C（+）电极反应：（-）H2+2OH-

-2e-

→2H2O（+）O2+2H2O+4e-

→4OH2H2+O2

→2H2O

每个电池可产生1.23V电压。优点：生成物不污染环境，且热能转化率高（达80%左右）电池反应：第16页电动汽车燃料电池第17页6.4主要新能源（可再生能源）太阳能、风能、地热、潮汐、核能第18页图4-治理前热电厂

我国能源结构不合理，优质能源比重太小。必须合理开发及深入开发新能源，才能实现可连续发展。最有希望清洁能源是氢能和太阳能第19页氢能优点热值高，其数值为142.9MJ·kg–1。

燃烧反应速率快，功率高原料是水，取之不尽产物是水，对环境无任何影响思索：用氢作能源当前还存在一些问题，你认为是哪些方面问题？1.氢能第20页太阳能光解电解作为氯碱工业副产品，是当前工业氢气制备方法。思索：用电解方法大规模制取用作能源氢气可行吗？从经济上考虑是不可行。利用太阳光能量电解水得到氢气，正在研究中。(1)氢气制取(经济问题)电解2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH第21页(2)氢气贮存和运输(安全高效)(200~300)kPa微热第22页2.光转变为电能第23页风力发电第24页地热第25页核裂变反应在中子轰击作用下，较重原子核分裂成轻原子核反应称为核裂变反应。该反应损失质量Δm=0.2118g·mol，能量改变为：此能量相当于634.5吨标准煤完全燃烧所释放能量。*核能第26页核电第27页