人类能源发展中的化学李达摘要.ppt

氢能利用技术 要想直接使水热分解产生氢气，需要4300K以上的高温，这显然是不现实的，因此热化学分解水法必须依赖于某种循环试剂。有循环试剂的热驱动化学制氢原理可以归纳如下： AB+H2O+热→AH2+BO AH2+热→A+H2 2BO+热→2B+O2 A+B+热→AB 式中AB就是循环试剂。在循环试剂存在的情况下，就可以在较低的温度下实现水的分解。目前已经研发了二十多种循环试剂，其中比较有潜力的是1980年提出的硫-碘循环： SO2+2H2O+I2→H2SO4+2HI 2HI→H2+I2 2H2SO4→2SO2+O2+2H2O 总反应2H2O→2H2+O2 硫-碘循环法制氢原理示意图 模板来自于 / * * 模板来自于 * 人类能源发展中的化学 作者：李达 515111910137 综述 古代能源利用与化学 新时代的能源化学 总结 目 录 / contents 参考文献 01 综述 Part One 综述 能源亦称能量资源或能源资源。是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可作功的物质的统称，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。 能源是人类文明进步的先决条件，是经济和社会发展的重要物质基础。在分别以火的使用、化石能源的大规模使用、电力的大规模使用为代表的三次能源革命中，化学始终起着十分重要的推动作用。在正在到来的以新能源使用为代表的第四次能源革命中，化学学科的进步无疑仍将引领能源发展潮流，发挥作用。 02 古代能源利用与化学 Part Two 火的发现与人工取火 在旧石器时代,人类已经开始使用火。在中国距今170万年以前的云南元谋人遗址中,发现含炭层厚达3米左右。这些炭屑,小的如芝麻,大的如黄豆。这有可能是世界上最早的用火遗迹。这一时期的人类主要是从雷击、山火等天然火源获得火种来用火的。从现有资料可以推断，到了旧石器时代后期，人类就掌握了人工取火的方法。 人类对火的认识，经历了从畏惧火到使用天然火种再到人工取火的过程。人工取火方法的发明是人类历史上一件划时代的大事。在这一过程中，人类掌握了通过敲击和摩擦把机械能转化为热能的经验知识，也掌握了通过燃烧利用燃料能源的方法。从这个层面上说，人工取火技术的发明是人类利用能源历史的开端。 当人类已经可以享受取用火的自由的时候,火很快使金属冶炼、烧制陶器许多化学反应的发生成为可能,原始化学工艺活动就随之展开了。从这个方面看来，火的发现也是化学史的开端。 原始青铜器 原始陶器 燧石敲击取火 古代化学和能源科学的发展 从发现火到18世纪初，人类对于能源的利用取得了一定的进步，除了以薪柴和木炭燃烧为代表的火力外，还增加了水力、风力等自然力作为能源。值得一提的是，此时在我国化石能源也已经开始大规模使用，宋朝时，煤炭在京都汴梁已是家用燃料，庄季裕在《鸡肋篇》云：“数百万家，尽仰石炭，无一家燃薪柴火者”即是明证。但是，从总体来看人类所能利用的能源总量并无革命性的增长，生产活动的主要能源仍然是以人力和畜力为代表的肌肉力量而非机械动力。直到瓦特改良蒸汽机，化石燃料中的能源得到充分的利用，人类对能源的利用才取得了革命性的突破。 在此期间，化学主要处于炼金术时期，并没有对能源科学的发展起到多大的推动作用，但应用化学的进步使得冶金技术得到发展，高质量金属产量大大提高，使得大规模生产蒸汽机成为可能，客观上对第二次能源革命起到了重要的推动作用。 《天工开物》火井煮盐图（火井即天然气井） 《天工开物》炼铁图 风车磨坊 蒸汽时代的到来 早在公元60年，古希腊的希罗就设计过以蒸汽为动力的装置，此后东西方均出现了许多以蒸汽为动力驱动装置工作的设想。但当时既缺乏制造机器所需的数学与物理知识，更缺乏优质的，能抵抗蒸汽压力而保持气密性的金属材料。直到1740年，全英国的钢铁产量只有1.7万吨，只有今天的千分之一，而且主要是生铁而非钢。因此真正的蒸汽机不可能产生。 18世纪以后，钢铁冶炼技术技术逐渐成熟，1709年，A·达比采用焦炭取代木炭炼铁，获得成功，并很快获得了这项技术专利。1750年，B·亨茨曼发明坩埚炼钢工艺。坩埚炼钢工艺是转炉炼钢技术发明前最重要的炼钢方法，是欧洲历史上钢首次被熔化冶炼。 蒸汽时代的到来 在条件逐渐成熟后，真正的蒸汽机就产生了。1711年，纽科门造出了第一台实用的蒸汽机。纽科门蒸汽机经瓦特于1769年改良，其效率提高了5倍而耗煤降低了3/4。瓦特蒸汽机发明后迅速推动了能源革命的进展，化石能源开始受到重视，逐渐被大规模使用。英国煤产量从