基础化学生活中的能源.PDF

基礎化學講義 編者：陳義忠 46 基礎化學 第四章 生活中的能源 4-1 能源簡介： 1. 凡是能為人類提供熱、光、動力等有能量的物質 ，包含物質的運動 ，都屬於 能源的範圍。 2. 能源的分類： (1) 依使用的永久性質分類： (a)循環能源 ：可以永久或半永久取之不竭地反覆使用 ，來 自自然界 ，可以 再生利用，例如水力。 (b) 非循環能源：只能用一次，用過就消失的能源，側如煤、石油、天然 氣和核能等。 (2) 依直接利用或非直接利用的性質分類： (a) 開放性能源 ：可以直接利用的能源稱為開放性能源 ，例如動能、光、熱、 基礎化學講義 編者：陳義忠 47 電等。 (b) 封閉性能源：不能直接利用，必須加以轉換才能利用的能源稱為封閉 性能源，例如位能、化學能和核能等。 (3) 依能源形式分為：熱能、化學能、機械能、電能、光能、核能和磁能等。 3. 能源問題 (1) 發生原因 (a) 人類對能源的需求增加：工業革命後，人類大量使用化石燃料，短短兩 百年中，地球蘊藏的化石燃料消耗過半。 (b) 可供利用的能源有限：地球上可供發電的水力資源都已大量開發利用， 而化石燃料蘊藏量也急速地減少。 (2) 解決的方法： (a) 開源：開發或找尋替代能源，例如核能的開發、太陽能的有效利用、發 展抽蓄水力發電(如明潭抽蓄電廠)或利用甲醇、乙醇為燃料。 (b) 節流：減少能源轉換形態時的損耗。由熱能轉換成另一種形態時 ，效率 常低於 50% ，大部分是以廢熱形態排到環境中。如果能直接採取化學能 →電能→機械能的方式，將提高能源的效益。 4. 常用能源蘊藏量和開發現況： (1) 能源蘊藏量：煤約為 9460 億噸，石油(含 LPG)約為 916 億噸，天然氣約 為 81 億噸。 (2) 能源的使用情況：全世界的使用情形為：石油佔 40% ，煤佔25% ，天然 基礎化學講義 編者：陳義忠 48 氣佔 22% ，水力佔7% ，核能佔6%。國內的情況略有不同，其中石油佔 51% ，煤佔30% ，核能佔10% ，天然氣佔6% ，水力只佔3%。 (3) 世界石油的蘊藏量為 1800 ×1016 kJ ，依目前的用量計算 ，約只能再用 82 年。煤的蘊藏量約為 19300×1016 kJ ，最多可再供給3~400 年 。 (4) 全世界煤的使用情形 ，88%用於火力發電的燃料 ，雖然發電成本較低 ，但 會產生氮氧化物及二氧化硫等氣體造成酸雨及煙灰等空氣污染物。 (5) 水煤氣及液態燃料都是由煤製成的 ，水煤氣為氫氣和一氧化碳的混合氣 ， 而液態燃料則為煤與氫在高壓下經催化產生的烴類。 (6) 天然氣 ：主要成分為甲烷(其次為乙烷) ，燃燒後生成二氧化碳和水 ，是最 乾淨的化石燃料。 4-2 化石燃料的燃燒熱 1. 化學反應與能量關係 ： (1) 能量不滅定律 ：能量的形式可以互相轉換 ，但其總量維持一定。 (2) 化學變化常伴隨能量的變化 ，而反應熱學以熱能、光能、電能等形式出現。 2. 熱含量(焓 enthalpy,H) ： 基礎化學講義 編者：陳義忠 49 (1) 在定溫定壓下 ，物質生成時所儲存在於其中的能量總和稱為熱含量或焓。 (2) 熱含量與溫度、壓力及狀態有關，且僅能測其變化值(即∆H ) ，而非絕對 值。 (3) 物質之焓隨溫度上升 ，其值通常變大 ，故測量焓變化值時 ，須在 O.T.P. (25℃，1atm)下, 且須標明物質的狀態。