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化学:9.1《化学与能源》课件2(沪教版九年级)幻灯片
第六章 化学与能源 能源 是指一切能量比较集中的含能体(如煤炭、天然气等)和能量过程(如风、潮汐)。 能源按其来源大致分为三类:太阳能及其转化物,如太阳直接辅射能、煤、石油、天然气等化石燃料,以及太阳能转化来的生物能、水能、风能、海洋能等;地球本身的能量,如地热能、核能;天体对地球的引力能,如潮汐能。能源按利用方式可分为两种:直接从自然界获得的不改变其形态的—次能源和经人类加工生产出来的二次能源。一次能源按能否再生又可分为:可再生能源,如太阳能、风能;经过亿万年形成且短期内不可再生能源的能源,如化石燃科、核能等。从对环境的影响来看,化石燃料等为污染能源,水能、风能等则为清洁能源。 煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料(又叫矿物燃料),是主要的能源。 煤—黑色金子 煤的形成:煤主要是由古代植物在地下隔绝空气的条件下,经过长期的一系列复杂的化学变化和生物变化,而形成的一种由有机物和无机物所组成的复杂的混合物。煤的主要成分是碳,还含有氢、氧、氮及硫、磷等48种元素。 煤炭有实用价值的综合利用主要有煤的干馏、气化和液化。煤最主要的应用是直接作为燃料, 将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热,即煤的干馏。由此得到焦炭、煤焦油、炔炉气、粗氨水和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。 一、常规能源——化石燃料 煤的气化:是把煤中的有机物转化为可燃件气体的过程。煤与有限的空气和水蒸气反应,得到—种气态混合物,称之为半煤气: 如果将煤在高温时与水蒸气反应即可制很水煤气,这种气体的燃烧热比半水煤气高1倍。 煤的液化:是把煤转化成液体燃料的过程。煤与液态烃在化学组成上的差别在于煤的氢碳原子比(即H/C)低(一般石油烃的H/C约为1.8)。为使煤液化,需要加氢。 石油的形成:石油是由古代动、植物遗体在地壳内部高温、高压条件下经过非常复杂的化学变化而形成的各种烷烃、环烷烃和芳烃组成的混合物。石油所含的基本元素是碳和氢(达97%—98%),同时含少量硫、氧、氮等元素。 石油(原油)经过分馏可得到系列产品,如溶剂油、汽油、柴油、润滑油等。 石油—工业的粮食 图6-1 原油加工示意图 辛烷值常用来衡量汽油的抗震程度,把抗震性较好的异辛烷(2,2,4一三甲基戊烷)的辛烷值定为l00,爆震性极强的正庚烷的辛烷值定为零,把汽油的抗震性和这两种烃的不同比例的混合物进行比较,就可以得到该汽油的相对辛烷值。为了提高汽油的辛烷值,过去广泛使用的一种入法是在汽油中添加少量抗震剂—四乙基铅;现在为了提高汽油的辛烷值,一般采用甲基叔丁基醚[CH3—O—C(CH3)3 ,又名MTBE ]作为高辛烷值组分。目前,我国使用的车用汽油标号就是按照汽油的辛烷值大小划分的,例如90号汽油表示该汽油的辛烷值不低于90。 汽油和汽油的标号 氢能是经人类加工生产出来的二次能源,它具有以下优点:原料来源丰富(水),取之不尽,用之不竭;燃烧热值高,1千克H2燃烧可以放出近12万千焦热量,相当于燃烧3千克汽油;无污染,不产生有毒有害气体。因此,氢能源是理想的新能源。 发展新能源,首先,需要解决如何廉价大量制备氢气的问题,其次,要解决储存问题。 目前世界上已开发和正在研究的方法有:电解法(电解水或食盐水);用煤、天然气、轻质油与高压水蒸气反应的热化学法;阳光催化分解法;生物法等。 二、理想的新能源——氢能 光分解水制氢的研究中已找到一些催化刘,如钙和联吡啶形成的配合物。它吸收的阳光正好近似于水分解成氢和氧所需的能量。另外,二氧化钛和某些含钙的化合物也是较适用的催化剂。 有人大胆设想用城市垃圾和污水来制取氢气,主要原理是: 日本东京大学的科学家在氩和氦的气流中,将陶瓷CNF加热至300度,然后用注射针头向CNF注水制得氢。由于水解后CNF又回到非活化状态,所以CNF能反复使用。在每一次反应中,平均每克CNF可产生2至3厘米3H2。 我国在世界上首次完成生物制氢中试实验。哈尔滨建筑大学的学者利用细茵从污水中分解收集氢气,并于2000年2月初完成中试实验。利用含碳水化合物的有机废水通过生物发酵制氢,使人类找到了一种新的可再生的洁净能源。 大量储存氢一般有两种方法。一种方法是高压下液化为液氢。但在常压下,氢气必须降温至-252度才能变成液体,这种方法成本高,而且储存液氢要有极好的绝热设备—托瓦瓶。液氢易逸散渗漏,会酿成严重火灾和爆炸事故。另一种方法是用某些金属或合金来储存氢。氢有一个奇持的性质,它会与某些过渡金属(如钯等)或合金形成金属氢化物,如1体积胶状佬(Rh)能吸收2900体积氢气。当温度升高或体系氢压降低时,它们就放出氢。利用储氢材料储氢具有储存量高、可逆、安全等优点。
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