第十章+化学与能源.ppt

1、第十章 化学与能源,能源,一次能源,二次能源,煤制品：煤气，焦炭，洗煤,石油制品：汽油，乙醇，燃料油等,煤制品：煤气，焦炭，洗煤,能量的化学转化途径,化石燃料,煤 石油 天然气,太阳能化学能,煤,石油,天然气,化石燃料分子结构,煤的来源及组成 来源：植物残骸 腐殖质 泥煤 褐煤 烟煤 无烟煤 组成：有机组分：碳、氧、氢、硫、氮； 无机组分:硫酸盐、硅酸盐、硫化物、氧化亚铁等 燃烧时，煤中的硫、氮污染大气， 炼焦煤中的硫和磷不适合炼钢铁,煤的综合利用,煤的缺点：燃烧反应速度慢，利用率低，产生大量CO2加剧温室效应，硫和氮燃烧产物污染环境，产生煤灰和煤渣等固体垃圾 煤的合理开发和综合利用 煤的焦化

2、 煤的汽化 煤的液化处理,煤的焦化 (干馏),干馏：煤与空气隔绝加强热,煤的汽化,汽化：氧气不足时，煤进行部分氧化,水煤气 水蒸气 + 煤 + 空气 CO (g) + H2 (g) + N2 (g) C (s) + H2O (g) CO (g) + H2 (g) 合成气 加压条件下，纯氧和水蒸气通过灼热的煤使苯酚等挥发出来，得到气态燃料混合物 合成天然气 CO (g) + 3 H2 (g) CH4 (g) + H2O (g) CO (g) + H2O (g) H2 (g) + CH4 (g),煤的液化,固体煤炭通过化学加工转化为液体燃料、化工原料和产品 直接液化 (加氢液化)：高温高压条件下加

3、氢转化 间接液化：煤的合成气在一定温度和压力下进行催化合成,石油：烃类的复杂混合物,石油的分馏 原油在分馏塔内加热因沸点不同而分馏出不同组分 石油的裂化 烷烃在高温下裂解成较小分子烃；热裂化和催化裂化 催化重整 直链烃在催化剂作用下结构调整成为带支链的异构体 汽油的抗震性和辛烷值 存在爆震现象，异辛烷抗震性好 清洁汽油,天然气：坑气，沼气,制造炭黑,核能,核裂变 核聚变,原子弹爆炸和核动力产生,制造氢弹,核裂变反应与原子能的开发利用,核燃料：,裂变的两种方式,链式反应,能量变化计算公式,原子弹,爆炸原理 不控制的核裂变反应 两块小于临界质量的U-235 分开放置 普通的小炸弹为引爆装置,核电站

4、,工作原理 通过人工控制使链式核裂变反应在一定程度上连续进行，释放的能量加热水蒸气发电 中心是核燃料和控制棒组成的反应堆 问题 运行安全：燃料包壳，压力壳，安全壳 核废料的处理,核聚变反应与氢弹,热核反应,太阳等恒星内部才能自动发生持续的核聚变反应,人工核聚变只能在氢弹爆炸或高能粒子碰撞中发生,化学电源 (化学电池),化学能直接转换成直流电能的装置 实用电池的条件 能量转换速率快，保证电池有大的电流 电池自放电小 大的电动势、大的容量和较宽的工作温度范围 电池的性能指标 开路电压和工作电压 电池容量 寿命和贮存期,原电池 (一次电池),普通锌锰电池 (锌锰干电池),(-) Zn | ZnCl2

5、, NH4Cl (糊状) | MnO2 | C (+),缺点： NH3 被石墨电极吸附，引起极化，电动势下降 锌电极被消耗，变薄至穿孔，电池漏液 二代锌锰电池 (纸板式电池),(-) Zn | ZnCl2 | MnO2 | C (+),碱性锌锰电池,(-) Zn | KOH (7-9 molL-1) | MnO2 | C (+),锌银电池,(-) Zn | ZnO |KOH (40%) | Ag, Ag2O (+),锂电池,金属锂作为负极活性物质的电池,蓄电池,铅蓄电池,engine,负极: Pb(s) + SO42-(aq) PbSO4 (s)+ 2e-,正极: PbO2 (s) + SO4

6、- (aq) + 4H+ (aq) + 2e- PbSO4 (s)+ 2H2O (l),engine,alternator,镉镍电池,(-) Cd | KOH (1.19-1.21 gcm-3) | NiO(OH) | C (+),氢镍电池,锂离子电池,正极为锂化合物 负极为锂-碳层间化合物 电解质为溶解性锂盐的有机溶液,(-) Cn | LiClO4 EC + DEC | LiMO2 (+),燃料电池,(-) C | H2 | KOH | O2 | C (+),新能源,氢能 制氢方法 电解(食盐)水和水煤气法 热化学分解 光化学分解 太阳能电池电解水 生物制氢法 贮存问题,太阳能,Arsen

7、ics extra valence electron,Borons missing valance electron,生物质能,蕴藏在生物质中的能量 开发和利用 建立以沼气为中心的农村新能量、物质循环系统 建立能量农场、能量林场及海洋能量农场,总 结,第一、二章 化学反应的方向与限度 一. 几个基本概念：系统与环境、状态函数、热力学标准 态、化学反应热以及反应进度。 二.化学反应方向的判据 1.判据：T，p定， 自发； 不自发 平衡 2. ， ， ， 等的计算 三.化学反应的限度化学平衡 1. 平衡常数的定义： 2. K 的计算 3. K与变化方向 4.平衡移动 吕查德里原理,第三章 化学反应

8、速率 一、化学反应速率的定义 二、影响化学反应速率的因素 1. 浓度：质量作用定律；一级反应 2. 温度：阿仑尼乌斯公式 3. 活化能 三、加速化学反应速率的方法 1. T，k；2. c，k不变；3. 加催化剂，Ea,第四章 溶液及溶液中的离子平衡 一、一元弱酸和一元弱碱的离解平衡 1. pH的计算方法；2. 、c、Ka, Kb的关系 二、同离子效应与缓冲溶液 1. 缓冲溶液的组成、特点、作用、配制方法；2. pH的计算方法 三、溶度积与溶度积规则。 1. 溶度积规则；2. 溶度积规则应用,第五章 氧化还原反应与电化学 一、原电池 1.组成；2.符号表示；3.原电池电动势：(1)标准电极电势；

9、 (2)浓度对电极电势的影响能斯特公式； (3) E与 的关系； (4)金属的腐蚀与防护 二、电解池 1. 理论分解电压与实际分解电压 ; 2 极化与超电势; 3 电解产物的析出规律,第六章 原子结构与周期系 一. 微观粒子运动特点波-粒二像性 二. 原子中电子运动状态的描述 1. 波函数 n，l，m的合理组合; 2. 波函数的图形表示 ; 3. 量子数的物理意义; 4. 多电子原子核外电子排布 三. 元素原子的电子层结构与元素周期表 1. 周期与电子层结构；2. 族与电子层结构；3. 周期表的分区 四. 元素性质的周期性（原子半径、电离能与电负性） 1.一般规律；2.特殊变化（原子半径、第一电离能）,第七章 分子结构与晶体结构 一、化学键理论 1. 价