第5章能源与化学.ppt

氘原子被加热到几千万甚至上亿摄氏度的时候，电子就会脱离原子核的束缚，成为一团炽热的气体——等离子气体。 如何容纳这么热的等离子体 强大的磁场可以牢牢地束缚住炽热的等离子体。 和平利用核聚变能、实现可控核聚变的目标已露出胜利的曙光，但还处于基础研究阶段。有专家预测，2050年可望实现可控核聚变堆。 核聚变 附：氢弹 氢弹：是利用原子弹爆炸的能量点燃氢的同位素氘等轻原子核的聚变反应，瞬时释放出巨大能量的核武器。氢弹的威力比原子弹大得多。原子弹为几百至几万吨级TNT当量，氢弹则可大至几千万吨级TNT当量。 1967年6月17日我国第一颗氢弹爆炸成功 附：氢弹 附：世界上最大的一次核爆炸 1961年10月30日，苏联重26吨的“大伊万”氢弹爆炸。产生的电磁扰动3次传遍全球，蘑菇云高达70公里。4000公里内所有飞机、导弹、雷达、通讯等设备受到影响。苏军整个通讯失去联系的时间长达一个多小时。美军驻阿拉斯加和格陵兰岛上的电子系统大都受损，雷达无法操作，通讯中断。 附：世界上最大的一次核爆炸 5.4.1 化学电源 化学电源(化学电池)：将化学能直接转变为电能的装置。主要部分是电解质溶液、浸在溶液中的正、负电极和连接电极的导线。依据能否充电复原，分为原电池和蓄电池两种。 5.4 新能源与化学 锌锰干电池：负极是锌做的圆筒，正极是一根碳棒，周围被二氧化锰、碳粉和氯化铵的混合剂包围。 原电池 干电池放电时反应如下： 负极：Zn - 2e- = Zn2+ 正极：2NH4+ + MnO2+2e- = 2NH3 + MnO + H2O 电池反应:Zn+2NH4Cl+MnO2=ZnCl2+2NH3+ MnO+H2O 使用过程中，负极锌筒逐渐消耗以致穿漏，正极处的MnO2的活性逐渐衰减，最后干电池不再供电而失效。 原电池 蓄电池又称二次电池，可以通过充电使活性物质再生。蓄电池的两极均以铅板为骨架，正极铅板上是二氧化铅，负极铅板上是海绵状铅。 蓄电池 内部构造 外部构造 提高汽油的辛烷值（汽油性能的表征） 这是石油工业中另外一个重要过程。在一定的温度压力下，汽油中的直链烃在催化剂表面上进行结构的“重新调整”，转化为带支链的烷烃异构体，这就能有效地提高汽油的辛烷值，同时还可得到一部分芳香烃，它是原油中含量很少而只靠从煤焦油中提取不能满足生产需要的化工原料，可以说是一举两得。 提高油品质量——催化重整法 分馏和裂解所得的汽油、煤油、柴油中都混有少量含N或含S的杂环有机物，在燃烧过程中会生成NOx及SO2等酸性氧化物污染空气，当环保问题日益受关注时，对油品中N，S含量的限制也就更加严格。 现行的办法是用催化剂在一定温度和压力下使H2和这些杂环有机物起反应生成NH3或H2S而分离，留在油品中的只是碳氢化合物。 提高油品质量——加氢精制法 天然气的主要成分是甲烷(CH4)，也有少量乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8)，它和石油伴生，每吨石油大概伴有1000m3的天然气。天然气是最“清洁”的燃料，燃烧产物CO2和H2O，都是无毒物质，并且热值也很高 (56 kJ·g-1)，管道输送也很方便。 石油气中的丁烷(C4H10) 沸点为-0.5℃，稍加压力即可液化储于高压钢瓶中。当打开阀门减压时即可气化点燃使用，城市居民用石油液化气的主要成分就是丁烷。 天然气（与石油伴生） 天然气可分为两种： 干天然气（含甲烷80-90%），难液化，常用于燃料。我国天然气多为干天然气 湿天然气，加压降温时易液化，常作裂解气原料，制取乙烯。 我国天然气陆上资源主要集中在四川盆地、陕甘宁地区、塔里木盆地和青海，海上资源集中在南海和东海。此外，在渤海、华北等地区还有部分资源可利用。 天然气（与石油伴生） 除作燃料外，天然气还可通过化学转化成为重要的化工原料和其它形式的能源。 天然气（与石油伴生） 我国南海地区发现了储量可观的甲烷水合物，即可燃冰。是甲烷分子藏在冰晶体的空隙中形成的，甲烷分子与水分子（1∶5.74）之间存在范德华力。形成可燃冰的必要条件是高压，故可燃冰存在于300米以上的深海深度。提升到海平面后，1m3可燃冰可释放出164m3的甲烷。 天然气（甲烷水合物，可燃冰） 核能是人类历史上的一项伟大发明，这离不开早期西方科学家的探索发现，他们为核能的应用奠定了基础。 5.3 核能和平利用与化学 1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线（第一个获诺贝尔物理奖） 。 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现了放射性（与居里夫妇共获1903年诺贝尔物理学奖 ）。 核能应用历史 1898年，居里夫妇先后发现新的放射性元素钋(pō)和镭。1903年，居里夫妇和亨利·贝克勒尔共同获得了诺贝尔物理学奖，居里夫人（法国籍，波兰人）是历史上第一个获得诺贝尔奖的女性。1911年，居里夫人