能源化学(科普版)课件

能源消费水平的高低，是衡量一个国家在一定时期内经济技术发展水平的重要标志。能源能源概述常规能源新能源化学电池2.1能源概述

能源是指能够转换成热能、光能、电磁能、机械能、化学能等各种能量形式的资源。

能源的形式有多种，如燃料、核能、太阳能、水力、地热、风能、潮汐能等等。能源的分类很多:

一次能源；二次能源。常规能源；新能源。风能三峡水电站地热发电厂2.2常规能源2.2.1煤炭

1.

煤的发热量：单位质量的煤完全燃烧所能使放出的最大热量。衡量燃料作为能源的一个指标。通常煤完全燃烧所能放出的发热量为30

kJ·g-1缺点:a.固体燃料，燃烧速率慢，利用效率低，运输不变。b.燃烧时产生有毒气体(SO2，SO3，CO)，污染大气。

褐煤是质地最差、发热量最低的一类煤，但它可以提炼成焦炭、煤焦油和焦炉气却是极好的化工原料。塑料和染料就是的褐煤“作品”。2.

煤的气化：

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2

(g)；

ΔHθm(298.15K)=131.3kJ.mol-1C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔHθm(298.15K)=-393.5kJ.mol-1CO(g)+H2(g)=CH4(g)+H2O(l)ΔHθm(298.15K)=-250.2kJ.mol-1人工合成天然气(1)直接液化法：将煤在高温，高压和催化剂存在下加氢液化的方法。(2)间接液化法：先将煤气化，然后再合成液体燃料的方法。3.煤的液化：通过化学反应改变煤炭中的碳氢比例，使煤变成较轻的液态碳氢化合物。2.2.2石油和天然气1.石油：多种碳氢化合物的混合物。既是优良的燃料也是重要的化工原料。十六烷辛烷辛烯原油脱水脱盐分馏精制汽油中最有代表性的是辛烷C8H18催化裂解：

C16H34C8H18+C8H16分流塔示意图石油钻井平台2.天然气：一种低分子量烃类混合物。优制的气体燃料也是重要的化工原料。主要成分是甲烷。

CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

ΔHθm

(298.15K)=-890kJ.mol-1

2.3新能源2.3.1核能

核能是原子核结构发生变化时放出的能量，核能是一种优质能源，能量密度大，便于存储和运输。核能分为核裂变能与核聚变能。

△E=

△m·c2△E：表示系统能量改变量；△m：表示系统质量改变量；c：表示光速(3

10

8m·s-1)。爱因斯坦公式1.核裂变能______在中子(10n)轰击下使较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应所放出的能量。核裂变反应是目前所有运转的核电站的基础。裂变产物非常复杂，已知至少有35种元素（从30Zn到64Gd）。1gU-235放出的能量为8

107kJ核裂变产物大多具有放射性。核电站工作原理示意图原子弹构造示意图2.核聚变能______轻原子核在异常高的温度下（约10

8C）聚合成较重原子核时，放出的巨大能量。核聚变能比核裂变能威力大的多,它是一种最理想的清洁能源，是开发核能的主攻方向。9.3.2

太阳能

太阳能的利用：1.光__热转换：通过聚光器或集热器将太阳辐射能直接转换成热能。2.光__电转换：利用太阳能光电池的半导体效应将太阳辐射能直接转换为直流电。3.光__化学转换：利用太阳光能将CO2和H2O转换成碳水化合物和O2。核聚变能卫星升空后太阳照射在卫星的太阳能电池上，太阳能代替蓄电池成为永不枯竭的能源。哈勃太空望远镜2.3.3氢能氢能是指以氢作为燃料时释放出来的热能。1.氢气的制取(1)电解法：借助电能使水分解产生氢气。(2)光催化分解法：使用半导体为基础的催化体系，利用太阳光直接分解水。(3)光合作用：借助某些特殊植物，利用光合作用将水转变为氢。2.氢气的储存氢气的密度很低，运输和储存较为不易，目前最理想的储氢方法是利用金属氢化物。LaNi5+3H2LaNi5H6微热(200-300)KPa3.氢气的利用氢气燃烧温度高，燃烧纯净，是一种优良的燃料，同时可利用氢氧燃料电池将氢能转化为电能使用。BMW氢能7系由能够使用氢燃料和汽油双燃料驱动9.4

化学电池

化学电池是以氧化剂作正极,还原剂作负极,在一定介质条件下,利用自发进行的氧化—还原反应,将化学能直接转变为电能的装置。9.4.1化学电池的分类一次电池（原电池）二次电池（充电电池）燃料电池1.一次电池活性物质放电后不能再生、充电的电池。根据电解质类型分为酸性和碱性两类。(1)酸性锌锰干电池(-)Zn|ZnCl2,NH4Cl(糊状)|MnO2|C(+)(2)碱性锌锰干电池锌锰电池不同的负极结构，负极由锌片改为锌粉，外壳改用钢皮，正极仍用石墨和二氧化锰。人们发现，当用KOH电解质溶液代替NH4Cl做电解质时，无论是电解质还是结构上都有较大变化，电池的比能量和放电电流都能得到显著的提高。仅根据1995年统计资料表明，全世界干电池总产量为250亿只，其中碱锰电池为70亿只。我国碱锰电也总产量近3亿只，仅占干电池总产量的3%，预计5年内将提高到10%～15％。(3)锌汞电池

(-)Zn(Hg)|KOH(糊状,含饱和ZnO)|HgO|Hg(+)

绝缘体钢套的锌壳多孔隔离物Zn(OH)2和HgO在KOH溶液中的糊状物Hg(或汞齐)总反应式:Zn+HgO→ZnO+Hg

锌汞电池主要用于自动曝光照相机﹑助听器﹑医疗仪器中。

由于电池中大量使用氧化汞,用完后随意丢弃会严重污染环境,故其生产及使用范围正在趋向缩小部分正被锌银电池所取代。(4)锂碘电池

心脏起搏器的电池提供电能进行工作。起搏器对心脏的每次起博都不允许失败，要求电池全部时间都在工作，绝不允许电流有停顿。。另外，电池植入人体内，要求特别稳定，里面的化学物质不会泄漏，寿命长，重量轻，体积小。现在心脏起搏器中使用的是锂-碘电池(其中用锂做电极，碘做电解质)，它的使用寿命是10年左右。

(-)Li|LiI|I2(不锈钢)(+)阴极材料阳极栅网不锈钢外壳密封接线柱封接口

2.二次电池活性物质具有充放电可逆性,放电使用完可充电再生，循环使用。

(1)铅蓄电池

(-)Pb|H2SO4(1.25~1.30g·cm-3)|PbO2(+)(2)镍氢电池(-)C|H2|KOH|NiOOH(+)(3)钠硫电池

(-)Na|β—Al2O3|S+Na2Sx|C(+)钠硫电池具有许多特色之处：一个是比能量（即电池单位质量或单位体积所具有的有效电能量）高。其理论比能量是铅酸电池的3-4倍；另一个是可大电流、高功率放电。再一个是充放电效率高。

钠硫电池开始作为电动汽车用的动力电池发展，无论从使用可提供的空间、电池本身的安全等方面均有一定的局限性。国外重点发展钠硫电池作为固定场合下（如电站储能），其应用目标瞄准电站负荷调平（即起削峰平谷作用，将夜晚多余的电存储在电池里，到白天用电高峰时再从电池