第一章 化学与能源精品.ppt

三、新能源的开发和利用 （一）氢能源——理想能源 1、氢的存在及其物理性质 氢的元素符号为H，原子序数是1，在元素周期表中位于第一位，最小的化学原子， 。 氢通常的单质形态是氢气H2 。它是无色无味无臭、极易燃烧、最轻的气体。它是宇宙中含量最高的物质。氢原子存在于水、所有有机化合物和活生物中。在0摄氏度和一个大气压下，每升氢气只有0.09克——仅相当于同体积空气质量的14.5分之一。（实际比空气轻14.38倍） 2、 氢燃烧时放出热量： 氢的燃烧热为28900KJ／Kg,大约是汽油燃烧热的三倍。且反应产物是水，对环境没有污染，所以人们把氢称作清洁能源。 3、氢能源的主要特点 (1)重量最轻的元素。 (2)导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。 (3)自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的 75％。主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。 (4)除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油发热值的3倍。 (5) 燃烧性能好，无毒等 。 4、氢能源的开发 氢能源的开发 太阳能阳光分解水 光电解水制取氢气 阳光作用微生物制取氢 光合细菌——红螺菌放出的氢气 电解水制取氢气的专用核电站 石油裂解和水煤气法制取氢 原始的低等生物在新陈代谢放出氢气 液氢用作火箭燃料 液氢、液氨或储氢合金贮 存的氢气用作汽车燃料 5、氢能源的利用 氢燃料电池可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船、火箭和潜水艇等上得到使用。 储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。 （二）燃料电池——改变未来世界的新科技 燃料电池(Fuel Cell)——将存在于燃料（还原剂）和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。 燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生 产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像 一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个 “发电厂”。燃料电池的概念是1839年英国科学家 G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。 原电池的基本原理 示例：铜锌（ Cu-Zn ）原电池 （+）Cu 2+ +2e- Cu （-）Zn Zn 2++ 2e- 电极反应： 电池反应： Cu2+ + Zn Cu + Zn2+ 氧化剂 还原剂 氧化还原反应 （+）O2 + 4H+ + 4e- 2H2 O （-）2H2 4H+ + 4e- 氢氧燃料电池的化学原理 电极反应： 电池反应： 氢氧 H2 + O2 === H2O 还原剂 氧化剂 原电池中电子流从阴极流向阳极犹如水由高处流向低处 燃料电池的特点 燃料电池特点 ★　能量转化效率高 ★　有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音排放都很低，ＣＯ2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。 ★　燃料适用范围广 ★　积木化强 ★　负荷响应快，运行质量高 燃料电池的类型 碱性燃料电池（AFC）——采用氢氧化钾溶液作为电解液。 质子交换膜燃料电池（PEMFC）——采用极薄的塑料薄膜作为其电解质。 磷酸燃料电池（PAFC）——采用200℃高温下的磷酸作为其电解质。 熔融碳酸燃料电池（MCFC） 固态氧燃料电池（SOFC）——采用固态电解质 燃料电池的优势 (1)洁净、安全的发电装置 (2) 多燃料系统 (3) 分散型的发电装置 可燃冰——天然气水合物，一种非常有优势的能源。 一个全世界各国科学家、政治家、老百姓都特别关注的重大前沿课题 2010年5月1号凌晨我国科学家在中国南海北部发现了可燃冰。 （三）能源新发现——可燃冰 纯净的可燃冰，它大部分都是可以燃烧的甲烷（天然气），还有一部分乙烷，乙烷也能够烧。 可燃冰的纯度一般都在70％-80％左右，但我国南海的可燃冰报告的数据纯度可达99.7％- 99.9％。 可燃冰的组成 神秘的可燃冰 海底两百年前开始用甲烷加上水，在高压环境下进行实验合成，合成物很纯净，生成了可燃冰。 可燃冰的形成 由于它的这个特性，就决定了它必需是埋藏在海底的四百米到三公里的深度，同时还可以存在于永久的冻土带（它不在平平的海底，它必须在海底的斜坡，叫大陆坡，它是一种斜坡上突然陡起来的地方，水深大概在1千米到两三千米。 可燃冰是分子的结合体。它的形状像灯笼一样。它样子像冰，温度很