大学化学第2章-能源化学.ppt

本章概要 2.1 能源的分类与能量的转化 2.1.1 能源的定义与分类；2.1.2 能量的形态与转换；2.1.3 我国的能源状况与危机 2.2 化石燃料：煤碳、石油与天然气 2.2.1 燃烧热的定义与常见燃料的热值；2.2.2 煤炭；2.2.3 石油与天然气 2.3 化学电源 2.3.1 化学电源的工作原理；2.3.2 电池符号与电极上的化学反应；2.3.3 几种常用的原电池；2.3.4 几种常用的可充电电池；2.3.5 燃料电池 2.4 核反应与核能源 2.4.1 原子核的组成；2.4.2 核的稳定性与衰变；2.4.3 原子核的结合能；2.4.4 核的裂变与聚变 2.5 可再生能源的利用 2.5.1 太阳能； 2.5.2 风能的利用； 2.5.3 氢能； 2.5.4 生物质能 2.1 能源的分类与能量的转化 2.1.1 能源的定义与分类 定义：可以从中获得能量的资源称为能源。 分类： 2.1.2 能量的形态与转换 2.1.2.1 能量的形态有7种 ①机械能；②热能；③化学能；④电能；⑤光能；⑥核能；和⑦生物能。 2.1.2.2 能量的单位 卡路里 (Calorie，Cal)；千卡或大卡（kCal） 焦耳 (Jole, J)；千焦 (kJ); 1Cal=4.184 J 2.1.2.3 能量转换及其效率 将一种能量转换为另一种形态的能量称为能量的转换。 能量转换与守恒定律：能量形态A=能量形态B+热能损耗。 热力学第一定律：ΔU = Q - W 能量转换的效率：能量转换的效率较低，通常在15%~ 55%之间。不同形态能量之间的转换效率见表2.1. 表2.1 不同形态能量之间的转换效率 因此，开发、研制高效率的能量转换技术和设备也是十分有意义的工作。 2.1.3 我国的能源状况与危机 2.1.3.1 我国当前的非再生能源状况 油田：玉门油田；大庆油田、辽河油田、中原油田；胜利油田、江苏油田等的状况；目前60%依靠进口； 煤矿：储量占世界第三，产量占世界第一； 天然气：正在开发利用中。 2.1.3.2 我国可再生能源的利用状况 太阳能（发电，热水）：低，但正逐步提高！ 风能（发电）、地热能、潮汐能，等：低！ 麦秸杆（发电，饲料，发酵）：低！ 2.1.3.3 美国、日本等国的储能计划 图2.2 已探明的世界石油储量与年产量之比R 2.2 化石燃料：煤碳、石油与天然气 2.2.1 燃烧热的定义与常见燃料的热值 2.2.1.1 燃烧热的定义 定义：标准状态下，单位质量的燃料完全燃烧后所释放出来的热量称为该物质的热值或燃烧热。记为?cH?，单位为kJ/mol或kJ/g。 标准状态：指定温度T 和标准大气压（用上标 ? 表示） 单位质量(体积)：1g 物质、1 mol 物质或1 m3 气态物质。 完全燃烧：C?CO2 (g); S ?SO2(g)；N ?N2(g)；H ? H2O(l)；Cl ?HCl(aq) 已知反应 2H2(g) + O2(g) ? 2H2O(g)，?H=-483.6kJ 问?H是H2(g)的燃烧热?cH?吗？为什么？ 2.2.2 煤炭 2.2.2.1 煤的形成 煤是由古代植物经地壳变迁而积压地下，在高温高压的条件下经长期转化得到的。其过程为： 植物残骸?腐殖质?泥煤?褐煤?烟煤?无烟煤 2.2.2.2 煤的分类 煤可根据其在燃烧过程中发烟与否分为烟煤和无烟煤。 2.2.2.3 煤化工 煤中含有S、N、O、Si、Ca、Mg等杂质，影响其使用。以煤为原料，在一定的条件下生产、加工而获得其它化工原料、产品的工业称为煤化工。 2.2.3 石油与天然气 2.2.3.1 石油与天然气的形成 石油与天然气是古代海洋中的生物由于地壳运动而沉积于地层中，在高温高压的条件下经长期作用而生成的产物。如图2.1 2.2.3.2 石油与天然气的组成 天然气（natural gas）主要是甲烷（CH4）和低沸点挥发性组分的混合物。当其中甲烷的体积分数大于50%时便称为“干天然气”，否则称为“湿天然气”。 蒸馏：利用混合物中各组分沸点间的差异将化合物进行分离的方法称为蒸馏。所用的设备称为蒸馏塔。 裂解：石油中轻油所占的比例大约只有1/4~1/3。为了得到更多用途更广的轻油，可在热、催化剂等的作用下将大分子的重油裂解为小分子的轻油或短链烃。 精炼：蒸馏和裂解所得到的轻油中常含有微量含硫、含氧、含氮化合物和不饱和烃类，影响油品的性能。通过脱硫、加氢等过程可降低这些杂质的含量。（炼油厂一角） 小知识: 汽车燃油的标号与辛烷值 汽油在汽缸中正常燃烧时火焰传播速度为10-20m/s，在爆震燃烧时可达1500-2000m/s，后者条件下使气缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降、机件受损、污