第1章 热化学及能源

1绪论化学是一门既古老又年轻的科学。化学是研究和创造物质的科学，同工农业生产和国防现代化，同人民生活和人类社会等都有非常密切的关系。化学是一门中心性的、实用的和创造性的科学，主要是研究物质的分子转变规律的科学。化学与物理一起属于自然科学的基础学科。研究现状(2000年)化合物>2000万种时间分辨率：1fs空间分辨率：0.1nm分析所需最小量：10-13g。2绪论在19世纪和20世纪上半叶，发现新元素及其化合物是化学研究的前沿之一，元素周期律的发现是化学史上的一个重要的里程碑。从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子。在过去的55年中，新分子和化合物的数目从110万种增加到2000万种以上(下表)3绪论表0.1新分子和新材料的飞跃发展年份已知化合物的数目190055万种1945110万种，大约45年加倍1970236.7万种，大约25年加倍1975414.8万种1980593万种，大约10年加倍1985785万种19901057.6万种，大约10年加倍1999超过2000万种41.

化学的定义与分支学科化学是在原子和分子水平上研究物质的组成、结构和性质及其变化规律和变化过程中能量关系的科学无机化学：无机物有机化学：碳氢化合物及衍生物分析化学：测量和表征物理化学：所有物质系统高分子化学：高分子化合物若干新分支：环境化学、核化学等等定义：化学的分支学科52.

化学的地位和作用

化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一

化学继续推动材料科学发展

化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障

化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用

化学是生命科学的重要支柱62.

化学的地位和作用化学与其他学科的渗透与交叉学科若按照它的研究对象由简单到复杂的程度可分为上、中、下游。数学、物理是上游，生物、医药和社会科学等是下游，化学是中游。（徐光宪：21世纪化学的前瞻）所以说：化学是承上启下的中心学科72.

化学的地位和作用化学是承上启下的中心学科上游学科研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游学科的研究对象比较复杂，除了用本门学科的方法外，如果借用上游学科的理论和方法，往往可收到事半功倍之效。所以“以上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，如果把上游科学之花，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。8图0.1化学是自然界中一门承上启下的中心学科计算与信息科学数学天文学化学地学工程科学生命科学材料科学93.

学习的目的、内容和要求学习目的了解当代化学学科的概貌用化学的观点分析、认识生活和工作中的化学问题学习内容

理论化学：两条“主线”应用化学：化合物知识；化学在相关学科中的应用实验化学学习要求

辨证的思维发展的眼光实践的方法104.化学与人类生活

在现代生活和科技、生产中，化学起着十分重要的作用，几乎每一个部门都离不开化学。例如航空航天及原子能事业中，特殊性能的橡胶、高能燃料、核燃料和各种耐高温、耐腐蚀材料、合金材料的制取和合成；半导体、超导材料、激光和光纤材料的研制与生产以及超纯试剂的提纯和合成，11尤其是人类当前十分关心的能源与资源的开发与利用；粮食增产需要的高效、低污染的新农药的研制。广效复合肥的生产、农副产品的综合利用、保鲜、防腐和合理贮运都离不开化学。环境污染的防治与保护、三废的利用、生命过程奥妙的探索，乃至人们日常生活衣食住行都离不开化学，如香料、调味品、防腐剂、美容化妆品、洗涤剂牙膏药品等都是用化学方法分离和制得的。12建筑装饰用的水泥、石灰、油漆、涂料、玻璃、塑料等都是化工厂品。交通用的汽油、柴油、防冻剂、润滑油等都是石油化工厂品。综上所述，化学与国民经济，与衣、食、住、行、能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等都有着密切的关系。化学是一门社会迫切需要的实用科学化学是一门社会需要的中心科学13衣食住行行冶金能源化学材料医药卫生农业建材汽车国防资源利用环境保护14三聚氰胺三聚氰胺：C3H6N6，俗称密胺、蛋白精。“1,3,5-三嗪-2,4,6-三氨基”，是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，被用作化工原料。它是白色单斜晶体，几乎无味，微溶于水（3.1g/L常温），可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等，不溶於丙酮、醚類、對身體有害，不可用於食品加工或食品添加物。15三聚氰胺是氨基氰的三聚体，由它制成的树脂加热分解时会释放出大量氮气，因此可用作阻燃剂。它也是杀虫剂环丙氨嗪在动物[2]和植物[3][4]体内的代谢产物。

由于三聚氰胺（含氮量66%）与蛋白质（平均含氮量16%）相比含有更高比例的氮原子，所以被一些造假者利用，添加在食品中以造成食品蛋白质含量较高的假象，从而造成诸如2007年美国宠物食品污染事件和2008年中國毒奶粉事件等严重的食物安全事故。16苯甲酸钠苯甲酸钠又称:安息香酸钠。C6H5COONa

是苯甲酸的钠盐。苯甲酸钠是很常用的食品防腐剂，有防止变质发酸、延长保质期的效果，在世界各国均被广泛使用。然而近年来对其毒性的顾虑使得它的应用受限，有些国家如日本已经停止生产苯甲酸钠，并对它的使用作出限制。根据GB2760—1996国家卫生标准规定，在肉制食中不得使用苯甲酸钠。目前，我国食品防腐剂主要采用苯甲酸钠及山梨酸钾，由于苯甲酸钠价格便宜，被食品企业广泛使用。17面粉增白剂面粉增白剂，有效成分过氧化苯甲酰（BPO），学名叫稀释过氧化苯甲酰，它是我国八十年代末从国外引进并开始在面粉中普遍使用的食品添加剂，面粉增白剂主要是用来漂白面粉，同时加快面粉的后熟。国际标准国标《食品添加剂使用卫生标准》（GB2760－1996）明确将过氧化苯甲酰归为面粉处理剂类，规定其使用范围是小麦粉，最大使用量是0.06g/kg。我国标准我国“食品添加剂使用卫生标准”规定过氧化苯甲酰的最大用量为60PPM，即0.06克/公斤面粉。18瘦肉精瘦肉精是一类动物用药，有数种药物被称为瘦肉精，例如莱克多巴胺（Ractopamine）及克伦特罗（Clenbuterol）等。将瘦肉精添加于饲料中，可以增加动物的瘦肉量、减少饲料使用、使肉品提早上市、降低成本。19“瘦肉精”能使猪提高生长速度，增加瘦肉率，猪毛色红润光亮，收腹，卖相好；屠宰后，肉色鲜红，脂肪层极薄，往往是皮贴着瘦肉，瘦肉丰满。肥猪饲喂瘦肉精后，逐渐发生四肢震颤无力，心肌肥大心力衰竭等毒副作用。毒性:急性中毒有心悸，面颈、四肢肌肉颤动，有手抖甚至不能站立，头晕，乏力.20识别方法（1）看该猪肉是否具有脂肪(猪油)，如该猪肉在皮下就是瘦肉或仅有少量脂肪，则该猪肉就存在含有“瘦肉精”的可能。（2）喂过“瘦肉精”的瘦肉外观特别鲜红，后臀较大，纤维比较疏松，切成二三指宽的猪肉比较软，不能立于案，瘦肉与脂肪间有黄色液体流出，脂肪特别薄；而一般健康的瘦猪肉是淡红色，肉质弹性好，瘦肉与脂肪间没有任何液体流出。（3）购买时一定看清该猪肉是否有盖有检疫印章和检疫合格证明。21福尔马林福尔马林是“甲醛HCHO))的水溶液，外观无色透明，具有腐蚀性，且因内含的甲醛挥发性很强，开瓶后一下子就会散发出强烈的刺鼻味道。具有防腐、消毒和漂白的功能。不同领域有不同作用。对人体可能的伤害：若人体皮肤直接接触福尔马林时，可能会引发过敏反应、皮肤炎或是湿疹;22

甲醛挥发性很强，对眼睛有强刺激性，具有伤害力;

不慎吸入时，会刺激口、鼻与呼吸道黏膜组织，轻则疼痛咳嗽，重则呼吸道发炎，甚至肺水肿;

不慎误饮，量多则有致命之可能。长期接触福尔马林可能会导致癌症

.23苏丹红“苏丹红”是一种化学染色剂，并非食品添加剂。它的化学成份中含有一种叫萘的化合物，该物质具有偶氮结构，由于这种化学结构的性质决定了它具有致癌性，对人体的肝肾器官具有明显的毒性作用。苏丹红属于化工染色剂，主要是用于石油、机油和其他的一些工业溶剂中，目的是使其增色，也用于鞋、地板等的增光。

苏丹红鸭蛋24苏丹红化学式：苏丹红1号：1-苯基偶氮-2-萘酚：C16H12N2O苏丹红2号：1-[(2,4-二甲基苯)偶氮]-2-萘酚苏丹红3号：1-[4-(苯基偶氮)苯基]偶氮-2-萘酚苏丹红4号：1-2-甲基-4-[(2-甲基苯)偶氮]苯基偶氮-2-萘酚“苏丹红”到底有何危害？潜在致癌物!长期食用含“苏丹红”的食品，可能会使肝部DNA结构变化，导致肝部病症。25热化学与能源第1章26本章学习要求：了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。27目录1.1反应热的测量1.2反应热的理论计算1.3常见能源及其有效与清洁利用1.4清洁能源与可持续发展选读材料核能Ⅰ.核燃料和核能的来源Ⅱ.核电的优势与发展趋势本章小结281.1

反应热的测量系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和空间。开放系统

有物质和能量交换封闭系统

只有能量交换1.1.1几个基本概念1.系统与环境图1.1系统的分类[观看动画]隔离系统

无物质和能量交换292.相系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。根据相的概念，系统可分为：单相（均匀）系统多相（不均匀）系统相与相之间有明确的界面。思考：1)101.325kPa，273.15K(0°C)下，H2O(l),H2O(g)和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少。2)CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数。答：1）在此条件下，存在3相（气、液、固各一相；2）3相（气体1相，固体2相）303.

状态与状态函数状态函数用于表示系统性质的物理量X称状态函数，如气体的压力p、体积V、温度T等。状态就是系统一切性质的总和。有平衡态和非平衡态之分。如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。31状态函数的性质

状态函数是状态的单值函数。当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、末态有关，而与变化的实际途径无关。图1.2状态函数的性质以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。外压从3pº变为p°V

T3pº32广度性质和强度性质状态函数可分为两类：广度性质：其量值具有加和性，如体积、质量等。强度性质：其量值不具有加和性，如温度、压力等。思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。334.

过程与途径

系统状态发生任何的变化称为过程；可逆过程体系经过某一过程，由状态Ⅰ变到状态Ⅱ之后，如果通过逆过程能使体系和环境都完全复原，这样的过程称为可逆过程。它是在一系列无限接近平衡条件下进行的过程。

实现一个过程的具体步骤称途径。思考：过程与途径的区别。设想如果你要把20°C的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。345.

化学计量数一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，通式为：B称为B的化学计量数。符号规定：反应物：B为负；产物：B为正。附例1.1

应用化学反应统通式形式表示下列合成氨的化学反应计量方程式：

N2+3H2==2NH3解：用化学反应通式表示为：

0=

-N2-3H2+2NH3356.

反应进度反应进度ξ

的定义：反应进度的单位是摩尔（mol），它与化学计量数的选配有关。nB

为物质B的物质的量，dnB表示微小的变化量。或定义思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？答：有关。如对于反应：0

=–N2–3H2+2NH3

，当有1molNH3生成时，反应进度为0.5mol。若将反应写成则反应进度为1mol。361.1.2

反应热的测量反应热指化学反应过程中系统放出或吸收的热量。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。摩尔反应热指当反应进度为1mol时系统放出或吸收的热量。（等容）反应热可在弹式量热计中精确地测量。测量反应热是热化学的重要研究内容。观看动画图1.3弹式量热计371.

反应热的实验测量方法设有nmol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与恒温水浴的温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的热容为Cs(J·K-1)，比热容为cs(J·K-1kg-1

)，则：由于完全反应，ξ=n

因此摩尔反应热：思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？答：定容反应热38示例例1.1联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)已知：解：燃烧0.5g联氨放热为392.热化学方程式表示化学反应与热效应关系的方程式称为热化学方程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：

标明反应温度、压力及反应物、生成物的量和状态；书写热化学方程式时应注意：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)

+2H2O(l)；2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；若不注明T,p,皆指在T=298.15K，p=100kPa下。40

反应热与反应式的化学计量数有关；

一般标注的是等压热效应qp。思考：qp与qv相同吗？。不相同411.2反应热的理论计算并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：2C(s)+O2(g)=2CO(g)思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？实验过程中无法控制生成产物完全是CO。因此，只能用理论方法来计算反应热。421.2.1

热力学第一定律封闭系统，不做非体积功时，若系统从环境吸收热q，从环境得功w，则系统热力学能的增加ΔU(U2–U1)为：ΔU

=q+w热力学第一定律的实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。其中，热力学能从前称为内能。431.

热力学能系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动以及电子运动和核运动。思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上。两者的内能相同吗？答：相同。内能的特征：状态函数无绝对数值广度性质由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法测定内能的绝对数值。442.

热在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在温度差而交换的能量称为热。热的符号规定：系统吸热为正，系统放热为负。热量q不是状态函数453.

功与体积功在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。功的符号规定：（注意功符号的规定尚不统一）系统得功为正，系统作功为负。由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体。所有其它的功统称为非体积功w′。功w也不是状态函数思考：1mol理想气体，密闭在1)气球中，2)钢瓶中；将理想气体的温度提高20ºC时，是否做了体积功？答：1)做体积功，2)未做体积功。w=w体+

w′46思考：水能变油吗？热—无序能；功—有序能；能的品位不同。一封闭系统，热力学能U1，从环境吸收热q，得功w，变到状态2,热力学能U2，则有：U1U2q>0w>0ΔU

=q+w474.

体积功w体的计算等外压过程中，体积功w体=–p

外(V2–V1)=–p外ΔV

pp外

=F/Al

p外

=F/A，l=ΔV/A2，因此，体积功w体=F·

l

=–(p外·

A)·(ΔV/A)

=–

p外

ΔV图1.4体积功示意图485.

理想气体的体积功理想气体的定义：气体分子不占有体积，气体分子之间的作用力为0的气态系统被称为理想气体。理想气体的状态方程：附例1.2

1mol理想气体从始态100kPa,22.4dm3经等温恒外压p2=50kPa膨胀到平衡，求系统所做的功。解：终态平衡时的体积为：负值表示系统对外做功。496.

理想气体可逆过程体积功*封闭系统的等温过程中，理想气体压力p和体积V之间的关系称为理想气体的等温线：pV当系统从始态变到终态时，可以有多种途径：

经恒外压p2：

经恒外压p’膨胀到平衡，再经恒外压p2：始态(p1,V1)终态(p2,V2)p2p1V1V2W1W2p’V’中间态(p’,V’)显然，|W2|>|W1|思考：经什么途径系统可以做最大功？答：外压无限接近系统的压力时。图1.5理想气体的体积功50可逆过程体积功*拣去沙子设砝码对系统施加了p2的压力，砝码和砂子施加了p1的压力，当将砂子一粒一粒地拣去，系统沿下图的折线从始态变到终态。piΔViPi+1拣去一粒砂子，系统的压力从pi+1变为pi，同时系统的体积变化为ΔVi，这一微小过程中系统做功：

–piΔVi，整个过程中做功：当砂子足够小时，pi可以用系统的压力来代替。pi=nRT/Vi,并可以用积分代替加和：(p1,V1)(p2,V2)图1.6可逆过程的体积功511.2.2

化学反应的反应热与焓通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。根据反应条件的不同，反应热又可分为：

定容反应热恒容过程，体积功w体

=0，不做非体积功w′=0时，所以，w=w体+

w′=0

，qV=ΔU

定压反应热恒压过程，不做非体积功时，w体=–

p(V2–V1)，所以

qp=ΔU+p(V2–V1)思考：这两个公式有什么用处？答：可以利用这两个公式计算反应热。521.

焓∵qP

=△U+p(V2–

V1)=(U2-U1)+p(V2–

V1)=(U2+p

2V2)–(U1+p1V1)公式qp

=ΔH的意义：1）等压热效应即为焓的增量，故qP也只决定于始终态，而与途径无关。2）可以通过ΔH的计算求出的qP值。令

H

=

U+p

V则qp

=H2–

H1=ΔHH称为焓，是一个重要的热力学函数。思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？答：是状态函数，但不能知道它的绝对数值。532.

定容反应热与定压反应热的关系已知 定容反应热：qV=ΔU；

定压反应热：qp=ΔUp+p(V2–V1)

等温过程，ΔUpΔUV，则：qp–

qV

=n2(g)RT–n1(g)RT=Δn(g)RT对于理想气体反应，有：对于有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。ΔH–ΔU=qp–

qV=p(V2–V1)思考：若反应C(石墨)+O2(g)→CO2(g)

的qp,m为–393.5kJ·mol–1，则该反应的qV,m

为多少？答：该反应的Δn(g)=0，qV

=qp小结 对于没有气态物质参与的反应或Δn(g)0的反应，qVqp

对于有气态物质参与的反应，且Δn(g)0的反应，qVqp543.

盖斯定律化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。始态

C(石墨)+O2(g)终态

CO2(g)中间态

CO(g)+½O2(g)即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。55盖斯定律示例由盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。附例1.3

已知反应和的反应焓，计算的反应焓，解：561.2.3

反应标准摩尔焓变的计算1.热力学标准态：气体物质的标准态：标准压力p下表现出理想气体性质的纯气体状态溶液中溶质B的标准态是:标准压力p

下，质量摩尔浓度为m

(1.0mol.kg-1),并表现出无限稀溶液中溶质的状态;本书采用近似c=1.0mol.dm-3)液体或固体的标准态是:标准压力p

下的纯液体或纯固体。572.标准摩尔生成焓指定单质通常指标准压力和该温度下最稳定的单质。如C：石墨(s)；Hg：Hg(l)等。但P为白磷(s)，即P（s，白）。298.15K时的数据可以从手册及教材的附录3中查到。显然，标准态指定单质的标准生成焓为0。生成焓的负值越大，表明该物质键能越大，对热越稳定。标准状态时由指定单质生成单位物质的量的纯物质B时反应的焓变称为标准摩尔生成焓，记作。思考：以下哪些反应的恒压反应热不是生成焓(反应物和生成物都是标准态)?(1)(2)(3)答：（2）不是583.

标准摩尔焓变及测定测定原理：由于qp=ΔH所以可以通过在标准状态下测定恒温恒压条件下的反应热得到反应标准摩尔焓变.标准状态下,反应进度ξ=1mol的焓变称为反应的标准摩尔焓变:记作594.

反应的标准摩尔焓变的计算稳定单质可从手册数据计算298.15K时的标准摩尔反应焓.反应物

标准状态生成物

标准状态rHmfHm(p)fHm(r)由盖斯定律，得：60标准摩尔反应焓变计算示例解：从手册查得298.15K时Fe2O3和Al2O3的标准摩尔生成焓分别为–824.2和–1675.7kJ·mol-1。例1.4

试计算铝热剂点火反应的反应计量式为：61注意事项

物质的聚集状态，查表时仔细应用物质的标准摩尔生成焓计算标准摩尔反应焓时需要注意

公式中化学计量数与反应方程式相符

数值与化学计量数的选配有关；

温度的影响思考：正反应与逆反应的反应热的数值相等，符号相反。对吗？答：对。这也是热化学定律的重要内容。62附例1.4

设反应物和生成物均处于标准状态，计算1mol乙炔完全燃烧放出的能量。解：从手册查得298.15K时，各物质的标准摩尔生成焓如下。226.730-393.509-285.83631.3

常见能源及其有效与清洁利用

能源是自然界中为人类提供能量的物质资源。思考：能源对于人类的重要性，为什么能源科学被列为当今社会的三大支柱之一。

能源是当今社会的三大支柱（材料、能源、信息）之一。

能源是我们赖以生存的重要物质基础。641.3.1

世界能源的结构与能源危机1.能源的分类一次能源二次能源常规

能源燃料能源煤炭、石油、天然气、生物质能煤气、焦碳、成品燃油、液化气、酒精非燃料能源水能电力、蒸汽、热水新能源燃料能源核能人工沼气、氢能非燃料能源太阳能、地热、风能、海洋能激光利用

状况使用

性质形成条件表1.2能源的分类652.

世界能源的结构和消耗195019601970198019902010102030405060能源结构比例(%)年代图1.7世界消耗的一次能源结构煤炭

石油

天然气

水电及其它663.能量消耗前六名的国家美国中国俄罗斯日本德国印度51015202530能源结构比例(占世界%)

国家煤炭

石油

天然气

核能

水电25.410.47.26.04.12.9图1.8世界六国消耗的一次能源比例及总比例（占世界）趋势（比例）：石油和天然气下降；煤炭上升；核电上升。674.能源危机本质：能量总量不变，质量衰退了，有序能下降。可利用之“有效能”减少了，于是产生了能源危机681.3.2煤炭与洁净煤技术我国煤炭的一个特点是煤炭中含硫量较高，煤炭中的硫在燃烧时生成二氧化硫。SO2和粉尘是煤燃烧的主要一次污染物，其中的SO2是造成酸雨的主要原因。所以煤炭的开采和燃烧都会引起环境污染。思考：我国能源的现状有何特点？答：1）能源总量丰富，但人均不足；

2）能源结构不合理，优质能源比例太小 煤炭占一次能源的76%，天然气消耗只有世界平均的76%，石油消耗只占世界平均的1/3。

3）能源利用率低，能耗高浪费严重。691.煤炭的成分与热值煤炭的主要成分：碳、氢、氧；少量氮、硫、磷等。煤炭的热值：单位质量或体积的燃料完全燃烧放出的热量。标准煤的热值为29.3MJ·kg-1。无烟煤：低硫，较好；烟煤：高硫，燃烧环境污染；褐煤：储量大，但热值低。煤炭的分类：702.

洁净煤技术洁净煤技术于1986年由美国率先提出，现已成为解决环境和能源问题的主导技术之一。煤甲醇合成汽油液体燃料(新型液态燃料)711.3.3

石油和天然气石油石油是多种烃类的混合物，其中含有链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧、含硫的有机物。思考：世界原油储量最大的地区在哪儿？我国的原油产地在哪儿？答：世界原油储量最大的地区是中东。我国的原油产地在东北、西北和山东（黑龙江省的大庆油田、新疆的克拉玛依油田和山东省的胜利油田是中国三大油田）。721.

石油燃料产品石油经过分馏和裂解等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油和沥青等产品。思考：以上产品中最重要的是什么？汽油。95%的汽油用于驱动汽车。衡量汽油质量的一个重要指标是辛烷值。直馏汽油的辛烷值约为55~72之间，在汽油中加入少量四乙基铅可以将辛烷值提高到79~88，为了防止铅在汽缸中沉积，加入少量二溴乙烷，使生成挥发性的溴化铅，与尾气一同排入大气。思考：汽车尾气污染物是什么？如何解决？答：主要污染物：NO、CO、HC和含铅化物等。解决方法：采用无铅汽油，对汽车尾气进行催化净化。732.天然气天然气是低级烷烃的混合物，主要成分是甲烷，常与石油伴生。其热值约为55.6MJ•kg-1。天然气的优点：

可直接应用

易于管道输送

污染少思考：西气东送具有哪些重要意义？743.

沼气和生物质能植物残体在隔绝空气的情况下发生自然分解时产生的气体称为沼气。沼气约含60%的甲烷，其余为二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。思考：可用哪些原料制备沼气？如果你来自农村，你家使用过沼气吗？答：农村一般用人畜粪便、杂草等制取沼气。生物质能的现代利用是将植物枝杆等在汽化炉中加压汽化制成可燃气体。答：都是。沼气也属于生物质能。柴火是生物质能的直接利用。思考：沼气和柴火是生物质能吗？754.可燃冰—未来的新能源天然气被包进水分子中，在深海的低温高压下形成的透明结晶，外形似冰，用火柴一点就着，故称“可燃冰”。CH4·xH2O(s)。形成条件：低温高压如0℃，76MPa。储量：尚难正确估计，各文发表的数据相差较大。预测总量相当于161万亿吨煤，可用100万年；是地球上煤、石油和天然气能量总和的2~3倍。分布：深水大陆架和陆地永久冻土带。我国东海、南海有大量可燃冰，约相当于全国石油储量的一半。开采难，储量丰富。761.3.4

煤气和液化气煤气煤的合成气及炼焦气都是城市煤气。来源于石油，主要成分为丙烷、丁烷等，炼油厂的副产品。液化气煤气的组成H2：50%；CO：15%；CH4：15%，热值约16MJ•M-3思考：与煤气相比，液化气有哪些优点？答：无毒、低污染、热值高于煤气。液化气作动力→绿色汽车←燃料电池（各国竞争发展）。771.4

清洁能源与可持续发展思考1：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是无限的(不考虑太阳的寿命)？1：矿物能源（煤炭和石油）是有限的，来自宇宙的能源（如太阳能）和核能是无限的。2：开放性的结论1992年，联合国环境于发展大会上提出了社会、经济、人口、资源和环境协调发展的口号。能源作为最紧缺的资源对人类社会的可持续发展起着关键的作用。781.4.1

能源开发与可持续发展我国能源结构不合理，优质能源比重太小。必须合理开发及进一步开发新能源，才能实现可持续发展。图1.9治理前的热电厂最有希望的清洁能源是氢能、太阳能以及核能和生物质能等。可持续发展三原则：公平性、共同性和持续性。791.4.2

氢能氢能是一种理想的二次清洁能源。氢能的优点

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，不污染环境思考：用氢作能源目前还存在一些问题，你认为是哪些方面的问题？经济的制备方法，安全高效的储运方法和有效地利用。801.

氢气的制取

太阳能光解

电解作为氯碱工业的副产品，是目前工业氢气的制备方法。2NaCl+2H2OCl2+H2+2NaOH电解思考：用电解的方法大规模制取用作能源的氢气可行吗？从经济上考虑是不可行的。利用太阳光的能量催化分解水得到氢气，最有前途的制氢方法。是研究的热点。812.

氢气的储运氢气的密度小，且极难加压液化，因此氢气的储存和运输是一个比较困难的问题。合金贮氢法原理：氢可以与某些合金在较高的压力下生成化合物，这些化合物在合适的条件下可以释放出氢气。如镧镍合金：开发研究贮氢合金材料是当今材料科学领域的热门分支。LaNi5+3H2LaNi5H6300kPa加热821.4.3

太阳能太阳能是一种取之不尽、用之不竭的天然核聚变能。太阳能的利用不会引起环境污染，不会破坏自然生态。因此是人类最可靠、最有前景的能源形式。思考：如何利用太阳能？太阳能的利用方法是将太阳能转换为更方便使用的能量形式，主要有以