化学与能源开发

化学与能源开发 汶上县南站镇第二中学王广福 汽车排长队等加油 今年夏季 中国三十个省市中有十九个拉闸限电 自上海 广州0号柴油告急开始 九十号汽油告急 全国出现了一定范围的 油荒 一些地区的煤炭供应也出现短缺 南方网讯 在经济持续增长的中国 需要巨大的能源供应 缺电 缺煤将意味着什么 谁来供应中国经济的发展 这将是我们面临的又一大严峻挑战 新闻 思考 当今人类生产生活中应用最广泛的能源有哪些 煤 石油 天然气 化石燃料 据专家预测 地球蕴藏的煤炭资源将在今后200年左右开采完毕 石油将在今后40年内采完 天然气也只能再维持50年左右 作为未来的主人你认为应如何解决这一系列的问题呢 解决能源危机的一般方法 节约能源 开发新能源 温家宝 建设节约型社会 开发新能源 2 你认为哪些新能源最有开发前途 1 你认为或你知道有哪些能源值得人类开发 太阳能 太阳灶 航天器 太阳能热水器 太阳能发电装置 1 你能说说太阳能的特点吗 2 目前利用太阳能的主要方法有哪些 人类利用太阳能有三个途径 光能转化成热能 光能转化成电能 光能转化成化学能 新能源 太阳能水能风能氢能 核能潮汐能地热能生物能 沼气 可燃冰 一 清洁高效的氢能 氢气热值高 燃烧产物是水 完全无污染 而且制氢原料主要也是水 取之不尽 用之不竭 所以氢能是前景广阔的清洁燃料 自从1965年美国开始研制液氢发动机以来 相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机 1960年液氢首次用作航天动力燃料 1970年美国反射的 阿波罗 登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料 我国长征2号 3号也使用液氢做燃料 氢能小轿车 日本本田 德国宝马 1980年我国研制成功第一辆氢能汽车 交流讨论 1 氢气作为能源 有哪些优点 2 氢能源还没有得到广泛应用的原因 放热量高 每升氢气放出的热量为1千克汽油的3 4倍 清洁无污染 氢气在燃烧过程中 产物只有水 不会造成环境污染 因而又被称为 清洁燃料 来源广泛 占地球表面71 的水中都含有大量的氢元素 水分解可制得氢气 H2OH2 O2 氢燃料燃烧后又生成水 氢能的优点 氢气这种能源还没有得到广泛应用的原因是 2 氢气的储存和运输 氢气密度小 不利于贮存 单位体积LaNi5贮氢量达88Kg m3 高于液氢70 6Kg m3由于氢易气化 着火 爆炸 因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的另一个关键 1 廉价高效的制取氢气 理想的氢能源循环体系 水在太阳能光分解催化剂的作用下分解成氢和氧 氢气作为燃料电池发电 现行太阳能制氢技术 太阳能分解水制氢 太阳能电解水制氢 太阳能光化学分解水制氢 太阳能光电分解水制氢 模拟植物光合作用分解水 光合微生物制氢 小结 一 氢能源的优点 1 燃烧放热多2 原料来源广3 燃烧产物不污染环境 二 大量使用氢能源要解决的问题 用水制备氢气的能耗问题氢气的存储和运输问题 三 正在探究 1 太阳能光解水2 催化剂分解水 二 应用广泛的化学电池 几种不同类型的电池 化学电池是一种将化学能直接转换为电能的装置 分为原电池和蓄电池 原电池原电池通常由正极 负极 电解液以及容器和隔膜等组成 它可表示为 负极 电解液 正极 原电池示意图 干电池 1800年伏打首先制成了伏打电池 1836年英国化学家发明了古典原电池 1865年法国化学家勒克朗斯发明了第 个干电池 现代的干电池不过是其改进 锌锰干电池结构图 实验探究 1 Zn Cu直接连在一起 观察电流计指针是否偏转 说明为什么 2 Zn Cu直接插入水中 不接触 观察电流计指针是否偏转 说明为什么 3 Zn Cu直接插入硫酸铜溶液中 观察电流计指针是否偏转 如果偏转说明为什么 4 反应一段时间后 电极材料有何变化 这些说明了什么 5 Zn Cu插入水果或蔬菜 观察电流计指针是否偏转 说明为什么 1 干电池工作时 将能转化为能 2 蓄电池放电时 将能转化为能 蓄电池充电时呢 动脑筋 化学 电 化学 电 钮扣式电池中常见的为银锌电池 银锌电池体积小 重量轻 可大电流放电 放电电压平稳 工作电压是1 6伏 广泛应用于对体积和重量有严格要求的场合 但价格昂贵 银锌钮扣电池 知识拓展 蓄电池也称二次电池 是指放电后能充电复原继续使用的化学电池 1 铅蓄电池由金属铅板 负极 和紧附着二氧化铅的铅板 正极 浸入30 密度为1 2 1 3g cm3 的硫酸水溶液所组成 铅蓄电池充电后电压可达2 2伏 放电后电压下降 当电压降至l 25伏时 这时溶液密度为1 05g cm3 不能再使用 必须充电 铅蓄电池用于汽车 小型电动机车作为启动电源 用于实验室作为常用电源 还广泛用于飞机 汽车 拖拉机 坦克的照明光源 知识拓展 铅蓄电池 碱式镍镉蓄电池 知识拓展 银锌蓄电池 知识拓展 1 氢镍电池 氢镍电池是新型的蓄电池 其正极为氧化镍 负极为氢电极 其内部气体压力可达4MP 它的工作状态可划分为3种 正常工作状态 过充电状态和过放电状态 氢镍电池的的突出优点是循环寿命长 1977年起在地球同步轨道条件下寿命超过10年 此外 它承受过充电和过放电的能力很强 但其成本较高 电池放电速度较大 以及有爆炸的可能性 尽管如此 氢镍电池的前景十分乐观 最终将在航天领域内全面取代镉镍电池 知识拓展 发展中的新型电池 2 锂电池 锂是自然界电池最轻的金属元素 同时它又具有最低的电负性 3 045V 所以选择适当的正极与之匹配 可以获得较高的电动势 具有最高的比能量 所谓比能量 即单位重量电极物质所能放出的能量 锂电池的优异性能是 比能量高 使用温度范围广 放电电压平坦 以固体电解质制成的锂电池 体积小 无电解液渗漏 电压随放电时间下降缓慢 电池寿命长 特别适用于心脏起搏器的电源 主要缺点是 但在短路或某些重负荷下 有发生爆炸的可能性 发展中的新型电池 知识拓展 3 燃料电池 燃料电池 是通过电化学过程将反应物 燃料 中的化学能直接转化成电能的电池装置 燃料电池的基本组成是电极 电解质 燃料和氧化剂 工作时 燃料和氧化剂不间断地分别输送到电池的两个电极上 确保电池连续稳定工作 燃料电池适用于航空事业 一则燃料电池有很高的比能量 可降低向太空的发射费用 二则燃料电池的产物是水 经处理后可供宇航员饮用 更可减少携带重量 发展中的新型电池 知识拓展 1 氢气可以用做推进火箭燃料是因为 氢气难溶于水 氢气没有颜色 氢气燃烧释放热量多 氢气没有气味 在线测试 2 下列能量转化是化学能转化成电能的是 A 潮汐发电B 电灯发光C 用干电池做电源D 用电动机带动水泵抽水 C 3 燃料电池是将化学能转化为电能的装置 下列燃料电池最清洁的是 A O2 CH4燃料电池B O2 C2H5OH燃料电池C O2 H2燃料电池D O2 CO燃料电池 C 4 物质的变化过程中伴随着能量的变化 化学变化中通常伴随着能量转化 这是因为不同的物质包含的化学能大小不同 在化学变化中物质具有的化学能可以转变为热能 光能或电能等 1 举出一个环境中吸收热能的物理变化的例子 2 镁条燃烧时 部分化学能转化为 能和 能 3 已知氢气在氧气中燃烧生成水的变化放出热能 根据能量守恒原理 反应前氢气和氧气的混合物所包含的化学