能源与化学课件

1、第2章 自然界的物质,第4章 能源与化学,第3章 物质的形成与变化,第5章 生活与化学,第1章化学的世界,第 4章 能源与化学 目 录,4-4其他能源 核反应(影片欣赏) 质能转换(例题4-3) 核能的运用 核能的其他和平用途 (进阶例题10) 太阳能 多元能源的开发 (进阶例题11、进阶例题12),煤的组成 煤的干馏 水煤气 煤的优缺点【补充】 天然气(进阶例题6、进阶例题7) 4-3化学电池 氧化还原反应 锌铜电池(例题4-2) 干电池 碱性干电池 验电条的神奇魔力【补充】 铅蓄电池 铅蓄电池放电与充电 汞电池 镍镉电池 (进阶例题8、进阶例题9),4-1能源与燃料 能源的种类(影片欣赏)

2、 反应热 影响反应热的因素 莫耳燃烧热与莫耳生成热 反应热的性质 燃料热值(例题4-1、进阶例题1) 4-2化石能源 化石能源(影片欣赏) 石油分馏的主要馏份及用途 (进阶例题2、进阶例题3) 汽油 汽油添加剂 热裂解 石油产品知多少?【补充】 (进阶例题4、进阶例题5),回页首,能源的种类,3.其他能源：地热、波浪、潮汐,2.太阳能,化石燃料：如煤、石油、天然气等。 核能：铀-235进行核分裂产生的能源。,1.目前人类的主要能源是 及 。,化石燃料,核能,请按黄色按钮,反应热,H(生成物能量的总和)(反应物能量的总和),吸热反应 放热反应 .,H0,H0,影响反应热的因素,1.化学反应热会受

3、到反应型态、反应物的量、物质状态、温度及压力等因素的影响。 2.反应热与反应过程 ，不受催化剂的影响。 3.以 时的反应热作为标准反应热。 4.以反应方程式表示反应的能量变化时， 除了写出反应物及生成物，尚须标示 物质状态及反应热，此方程式称 为 。,无关,1atm、25,热化学方程式,在1atm及25时，1.0莫耳物质完全燃烧所引起的热量变化，称为该物质的。,H2(g) O2(g) H2O(l) H kJ,氢的莫耳燃烧热也是 。,286,水的莫耳生成热,莫耳燃烧热,莫耳燃烧热与莫耳生成热,反应热的性质,2.反应物相同，生成物不同，则反应热 。 C(s)O2(g) CO2(g) H 394 k

4、JC(s)1/2 O2(g)CO(g) H kJ,1.反应物愈多，反应热愈 。 H2(g)1/2O2(g) H2O(l) H 286 kJ2 H2(g)O2(g) 2 H2O(l) H kJ,572,110,大,不同,3.反应物生成物均相同，状态不同，则反应热 。 H2(g) 1/2O2(g) H2O(l) H286 kJ H2(g) 1/2O2(g) H2O(g) H242 kJ H2O(l) H2O(g ) H kJ,不同,44,燃料热值,燃料的热值常以 来表示 热值愈高的燃料就是 的燃料。,千焦/千克(kJ/kg),较佳,常见燃料热值,例题4-1,燃烧一莫耳氢气可放热286 kJ，计算氢

5、气的热值有多少kJ/kg？,一莫耳氢气的质量2.0克，1000克氢气等于500莫耳，燃烧后共放热286 kJ500143000 kJ，所以氢气的热值为143000 kJ/kg。,参考解答,进阶例题1,已知甲烷(CH4)的莫耳燃烧热为880kJ，乙烷(C2H6)的莫耳燃烧热为1540kJ，若以同重量计算，何者放热量较大？,参考解答 甲烷,甲烷(CH416)，乙烷(C2H630)，每克的燃烧放出热量大小为 故燃烧热值(kJ/kg)：甲烷乙烷,化石能源,石油主要是 的混合物 烃类也称为 。 利用混合物中各成份的分子量及沸点的差异，将不同的成分分开，称为 。,烃类,碳氢化合物,分馏,请按黄色按钮,石油

6、分馏的主要馏份及用途,进阶例题2,石油是由烃类化合物组成的混合物，右图是精炼石油的分馏塔简图，碳数约为13-19的馏份由丙出口流出，(1)甲出口与丙出口的馏份相比，下列叙述何者正确？,参考解答(C),(A)两者的沸点一样 (B)甲出口之馏份的平均分子量比丙的大 (C)丙出口之馏份的平均分子量比甲的大 (D)两者的平均分子量一样，但化学结构不同,进阶例题3,(2)有关各出口馏份的性质与用途，下列叙述何者正确？,参考解答(D),(A)甲出口之馏份是气体，冷凝收集后，多用作飞机燃油 (B)乙出口之馏份的碳数超过30，多用作工业溶剂 (C)含铅汽油直接从丙出口流出，辛烷值高，可防爆震 (D)丁出口的产

7、物是分子量非常大的残余物，如沥青 【91学测】,汽油,1.引擎震爆(knocking)：汽油蒸气在内燃机汽缸内燃烧时产生高压气体，推动活塞转动，若因燃烧太快使活塞受力不均匀，会产生引擎震爆现象，损害引擎且减低引擎动力。 2.燃料的抗震爆程度以燃料的 表示。 3.辛烷值愈高，燃料燃烧时产生震爆程度愈 。 4.订定标准： 正庚烷(C7H16)震爆程度严重，辛烷值定为 。 异辛烷(C8H18)震爆程度小，辛烷值定为 。 5.市售95汽油(O.N.95)震爆程度 由体积95%异辛烷 和5%正庚烷混合燃料的震爆程度。,辛烷值(O.N.值),小,0,100,相当于,汽油添加剂,1.含铅汽油：,在汽油中添加

8、少许 以提高其辛烷值 并加入少量 作为铅的清除剂，使燃烧后生成易挥发的溴化铅PbBr2 缺点：燃烧后产生铅化合物的污染,四乙基铅Pb(C2H5)4,二溴乙烷,在汽油中添加 (简称MTBE)及醇类等以提高其辛烷值。 燃烧后不会造成铅污染的问题。,甲基第三丁基醚CH3OC(CH3)3,2.无铅汽油：,热裂解, 烷类经高温强热加上适当催化剂发生 。 丙烷裂解生成丙烯、乙烯、甲烷、氢等小分子。,热裂解,裂解 (加热、催化剂),(丙烯),(氢),(甲烷),(乙烯),石油产品知多少？【补充】,数据链路中国石油(股)公司网站石油教室,气体类产品：如天然气、液化天然气、丙烷等。,燃料类产品：如汽油、煤油、燃料

9、油等。,润滑油脂：按用途分 1.车辆与机动机械用润滑油脂 2.工业机械用润滑油脂 3.船舶用润滑油脂,柏油类产品,溶剂类产品：如油漆溶剂、去渍油等。,石油化学品：如乙烯、丙烯、甲苯等。,进阶例题4,有关石油与烷类的叙述，何者正确？,(A)热裂炼是将较大的烷类分子转变成经济价值高的小分子 (B)石油醚是由原油分馏而得的纯质，是一种化合物 (C)常温常压下丙烷与丁烷为气体，高压下则液化成高挥发性的液体 (D)钾丢入石油醚中，会燃烧爆炸 (E)实验室用的正己烷主要是由石油中分馏而得,进阶例题4,参考解答 (A) (C),(B)石油醚是混合物 (D)石油醚为烷类的混合物，与金属钾不反应，故碱金属储存于

10、煤油或柴油中 (E)石油分馏仅能获得混合物,进阶例题5,有关汽油抗震爆能力和辛烷值的下列叙述，何者正确？,(A)抗震爆能力：95无铅汽油92无铅汽油 (B)含铅汽油是指汽油中含有PbO2添加剂 (C)辛烷值愈高的汽油，其抗震爆能力愈低 (D) 98无铅汽油中异辛烷的体积占98,进阶例题5,参考解答 (A),(B)含铅汽油是指汽油中含有四乙基铅添加剂 (C)辛烷值愈高的汽油，其抗震能力愈高 (D) 98无铅汽油是指汽油抗震程度相当于体积比异辛烷：正庚烷98：2混合物的抗震程度，并非一定含有98%的异辛烷,煤的组成,1.煤(coal)是埋在地下的 ，受到长期地热与高压逐渐碳化而形成的黑色固体物质。

11、 2.煤主要成分是 及少量硫、氮、氢和氧，燃烧时会产生硫及氮的氧化物，造成酸雨。,植物,碳,煤的干馏,将煤隔绝空气强热至高温分解, 煤气与水煤气都没有特殊气味，但均含剧毒的 ，故须添加微量 气体，因其臭味在气体外泄时易生警觉。,煤焦在高温下与水蒸气反应产生一氧化碳和氢气为主的混合气体，俗称 ，是工业上的重要燃料。,水煤气,水煤气,C(s)H2O(g) CO(g)H2(g),一氧化碳,二乙基硫(C2H5)2S,煤的优缺点【补充】,1.天然气主要由 、 组成，是低碳数的烷类混合物。,天然气,3.天然气也可用来制造氢气、氨、尿素及甲醇等重要的化学工业原料。,甲烷,乙烷,2.天然气无臭无毒且热值高，是

12、理想的燃料。,进阶例题6,下列有关煤之叙述，下列何者正确？,(A)依含碳量比而言：泥煤褐煤烟煤无烟煤 (B)煤经干馏后其气相产物称为水煤气 (C)苯、萘可自煤 中分馏而得 (D)干馏烟煤所得之产物，几全为无机化合物 (E)焦煤可用作冶铁与炼钢,进阶例题6,参考解答 (C) (E),(A)依含碳量比而言：泥煤褐煤烟煤无烟煤 (B)煤经干馏后其气相产物为煤气 (D)干馏烟煤所得之产物，除焦炭外大部分为有机化合物,进阶例题7,关于化石燃料的成分，下列那些正确？,(A)天然气的主要成份为CH4、C2H6 (B)水煤气的主要成份为CO、H2O (C)煤气的主要成份为CH4、H2、CO (D)液化石油气的

13、主要成份为含碳数C4 C6的烷类 (E)煤气与水煤气均有臭味，是因为含有具有臭味的苯及甲苯,进阶例题7,参考解答 (A) (C),(B)水煤气的主要成份为CO、H2 (D)液化石油气的主要成份为丙烷与丁烷 (E)煤气与水煤气的臭味是有机硫化物添加剂,氧化还原反应,1.氧化：失去电子称为 反应，为 。 2.还原：获得电子称为 反应，为 。 3.氧化还原必同时发生,氧化,还原剂,还原,氧化剂,Zn(s)Cu2+(aq) Zn2+(aq)Cu(s),电子 电子 . . 剂 剂,还原,氧化,失去,获得,还原,氧化,锌铜电池,阴极(正极) 电子流(导线) 阳极(负极),Zn(s)Cu2+(aq) Zn2

14、+(aq)Cu(s),铜棒质量 。 锌棒质量 。 溶液蓝色变 。 溶液颜色 。,不变,减轻,增加,淡,例题4-2,已知铜金属放出电子的能力大于银。将铜棒置于装有1.0M硝酸铜水溶液的烧杯中，将银棒置于装有1.0M硝酸银水溶液的烧杯中，U型玻璃管装有硝酸钾饱和水溶液作为盐桥，利用上述装置组成电池，请指出：,(1)电池的净反应式 (2)阳极与阴极 (3)电子流动方向,例题4-2,参考解答,(1)铜金属放出电子的能力大于银，所以电池的净反应为： Cu(s) 2Ag Cu2 2Ag(s) (2)铜棒上发生氧化反应，所以铜棒是阳极，银棒上发生还原反应，所以银棒是阴极。 (3)电子由铜棒(阳极)经外电路流

15、向银棒(阴极)。,干电池（勒克朗舍电池）,电极： 为阳极， (石墨棒)为阴极，属于惰性电极。 电解质： 、氯化锌(ZnCl2)及二氧化锰(MnO2)的糊状混合物。 电压为 伏特 电池,锌罐,碳棒,氯化铵(NH4Cl),1.5,一次,碱性干电池（勒克朗舍电池的改良）,干电池缺点：碳棒上最初生成 及 ，会阻碍碳棒界面上的反应，称为 。 (1)电解质中氯化锌吸收 。 (2)二氧化锰作为氧化剂与 反应生成Mn2O3及水 碱性干电池以 取代氯化铵，使电解质呈碱性，放电时不产生气体，电压变动小，放电容量大，不易产生漏液现象，耐寒性也较佳。,氨气,氢气,极化,氨气,氢气,氢氧化钾,【补充】,市面上有些电池，

16、只要按住正负极的两点就可测出剩余的电力，这是为什么呢？,验电条的神奇魔力,铅蓄电池,电极：阳极为金属 ，阴极为 (PbO2) 电解质： ， 电压：每一个单位为 伏特，汽车用电池是由6个单位串联成12伏特 电池,铅,二氧化铅,硫酸,2,二次,铅蓄电池放电与充电,放电时：铅金属释出电子产生 ，二氧化铅得到电子亦反应成 ，两电极重量均 ，电池电压会逐渐减小。,充电时：外接直流电源的负极接在 电极(阴极)，正极接在 电极(阳极)上。,硫酸铅(PbSO4),硫酸铅,增加,铅,二氧化铅,汞电池,电极：阳极为 粉阴极为 。 电解质： 。 电压：约为 伏特 含有汞金属，须严格回收 以 取代氧化汞，可避免严重污

17、染,锌,氧化汞(HgO),氢氧化钾,1.35,氧化银,镍镉电池,1.电极：阳极为 金属，阴极为 。 2.电解质： 。 3.电压约为 伏特 4. 电池，多用于预备电源、安全照明、摄影机等。,镉,氧化镍,氢氧化钾,1.3,二次,进阶例题8,关于勒克朗舍电池(干电池)，下列叙述何者正确？,(A)以碳棒为阳极 (B)阳极反应为Zn22eZn (C)电解质为MnO2、NH4Cl和ZnCl2的混合物 (D) MnO2是还原剂,参考解答 (C),(A)以碳棒为阴极(B)阳极反应为Zn Zn22e (D)MnO2是氧化剂,进阶例题9,下列关于常用电池的叙述，何者正确？,(A)碱性干电池以锌为正极，二氧化锰为负

18、极，以氢氧化钾的糊状物为电解液 (B)镍镉电池可重复充电，为二次电池的一种 (C)铅蓄电池以二氧化铅为正极，以稀硫酸为电解液 (D)铅蓄电池必须回收，以防止铅的污染 (E)干电池放电后，电池内水分减少，故称为干电池,进阶例题9,参考解答 (B) (C) (D),(A)碱性干电池以锌为负极，碳棒为正极，以氢氧化钾的糊状物为电解液。 (E)干电池放电后，电池内水份增加。,核反应,1.放射性：自然界中不稳定的原子核会释放出射线或能量，本身蜕变成不同原子核。 2.射线：原子核蜕变放出的射线主要有三种： -射线(即 )，-射线(即 )，射线(高能 )。,. .,-射线,-射线,电磁波,氦核,电子,请按黄

19、色按钮,1.爱因斯坦在相对论中提出：E 。 2.单位：能量(E) ，物质质量(m) ，c为光速 。 3.每克物质可转换成 焦耳的能量 Emc2(1103kg)(3108m/s)2 。 4.铀-235的核分裂反应，质量损耗率约0.095% 每公斤铀-235反应约产生 焦耳的能量,质能转换,mc2,千克,3108公尺/秒,91013,91013J,8.51013,焦耳,例题4-3,请参考表4-1计算出每公斤铀-235原子核的核分裂反应产生的能量，约为每公斤液化石油气燃烧热值的多少倍？,例题4-3,参考解答,表4-1液化石油气燃烧热值为4600050000kJ/kg，每公斤铀-235原子的核分裂反应

20、产生的能量 8.51013J=8.51010kJ 8.51010kJ50000kJ=1.7106倍 即同质量的铀核反应产生的能量大约是液化石油气的一百七十万倍。,核能的运用,1.核反应器又称反应炉。 2.反应炉内有燃料棒、控制棒、传导热的水。 3.燃料棒含浓度35的铀-235。 4.控制棒是以能吸收中子的材料，如镉金属或硼。 5.依热传递方式不同而分为沸水式及压水式。,核能的其他和平用途【补充】,6.建筑结构分析检查。,5.农产品的抗芽及灭菌、灭虫。,4.太空探测。,3.医疗使用：核子医学及灭菌消毒。,2.利用半生期，估计古生物的年代。,1.放射线标定：化学反应机构的研究 、地下水的含量研究、生物的迁移 研究。,进阶例题10,(A)钴60释放加马()射线，属短暂半生期之同位素，通常藉注射或口服作诊疗之用。 (B)核磁共振显影仪是利用放射性原理的诊断仪器 (C)两种放射性同位素，同时由相同的原子数目开始衰变，在同一时段内衰变的数目，半生期短者比半生期长者为多。 (D)放射性同位素的应用，是利用放出的射线杀死细菌或病毒。 【89推甄】,核能的和平用途日广，在医学诊断与治疗上的应用有莫大价值。下列有关核子医学或放射性同位素的叙述，那一项是正确的？,进