福建省永定县坎市中学2013届九年级化学下册 第九章 第1节 能源的综合利用课件 沪教版

第9章化学与社会发展 人类社会需要充足的能源 丰富的材料 良好的环境 而能源 材料 环境这三个领域的研究都离不开化学 化学有助于人类解决能源危机 化学为人类提供更丰富的材料 化学能保护和改善人类赖以生存的环境 第1节能源的综合利用 能源 能为人类提供所需能量的资源 你知道目前还有哪些能源呢 我国首台自动跟踪太阳能高效发电站在泉城济南省科技馆门前安装完成 太阳能路灯 太阳能 利用风能和太阳能的自亮街灯 风力发电 风能 温泉 西藏羊八井地热发电站 地热能 西藏利用地热发电 大亚湾核电站 电能 氢动三号亮相长城 化石燃料 是我们生产 生活的主要能源 煤 石油 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 能源分类 新闻一 世界需要能源增多国际能源机构在 2004年世界能源展望 报告中指出 到2030年 企业和家庭对能源的需求量要比现在提高59 全球对石油的需求量每年如按1 6 的速度来增长 到2030年全世界每天石油的需要量将从目前的O 82亿桶增加到1 21亿桶 世界能源消费增长的三分之二是发展中国家的需求增加 尤其是中国和印度 石油需要量不断增多 而能提供石油的国家越来越少 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 新闻二 地球一小时 活动始于2007年3月31日 当晚 在澳大利亚悉尼 约有220万当地居民熄灯一小时 以支持采取行动 应对全球变暖 2009年的 地球一小时 活动创造了历史 它见证了有史以来规模最大的志愿性环保活动 据保守估计 约有数以亿计人参与其中 2010年的 地球一小时 活动再次创造了历史 影响人数超过了13亿 来自各大洲多达128个国家的4616个城镇参与了熄灯活动 北京的紫禁城 柏林的勃兰登堡门 美国的总统山 拉什莫尔山 津巴布韦的维多利亚大瀑布和广岛的和平纪念公园等标志景观的参与 更是为 地球一小时 活动锦上添花 全球越来越多的城市参与这项活动 成为了 地球一小时 应对全球变暖行动的里程碑 2011年的 地球一小时 活动将不仅仅局限于熄灯一小时和应对全球变暖的行动 在倡导家庭 办公室 政府建筑和标志性景观熄灯一小时的同时 地球一小时 还将致力于推动可持续的环保行动 届时 来自欧洲 亚洲 大洋洲 非洲和美洲的居民 企业和政府 都会为下一年里大家将采取的可持续环保行动而做出自己的努力 新闻三 熄灯一小时 世界将因你而改变 2011地球一小时 3月26日 星期六 20 30 现在世界常规油气资源发现的高峰期已过 石油探明率已达80 天然气达60 预计在2015年后有可能出现供不应求的局面 在21世纪不论是发达国家还是发展中国家 最终都会面临空前的能源危机 小资料 问题 这些新闻对你有什么启示 问题 解决能源危机的方法有哪些 解决能源危机的一般方法 开发新能源 如 核能 太阳能 氢能等 提高能量转化率 降低能耗 研制 使用节能产品 由 energy 的第一个字母 e 构成一个圆形图案 中间包含了一个变形的汉字 节 寓意为节能 缺口的外圆又构成 CHINA 的第一字母 C 节 的上半部简化成一段古长城的形状 与下半部构成一个峰火台的图案一起 象征着中国 节 的下半部又是 能 的汉语拼音第一字母 N 整体图案为蓝色 象征着人类通过节能活动还天空和海洋于蓝色 中国节能标志 你们在日常生活中如何节能 议一议 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 化石燃料是重要的燃料和重要的能源 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固态混合物 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 化石燃料 煤的干馏 化学变化 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液态混合物 其主要成分是多种碳 氢元素组成的有机化合物 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 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 天然气 主要成份是 CH4 甲烷俗称沼气天然气 是一种多组分的混合气态化石燃料 主要成分是烷烃 其中甲烷占绝大多数 另有少量的乙烷 丙烷和丁烷 它主要存在于油田 气田 煤层和页岩层 天然气燃烧后无废渣 废水产生 相较煤炭 石油等能源有使用安全 热值高 洁净等优势 天然气又可分为伴生气和非伴生气两种 尽管天然气是无色无味的 然而在送到最终用户之前 还要用硫醇来给天然气添加气味 以助于泄漏检测 天然气不像一氧化碳那样具有毒性 它本质上是对人体无害的 完全燃烧 CH 2O CO 2H O 反应条件为点燃 天然气是较为安全的燃气之一 它不含一氧化碳 也比空气轻 一旦泄漏 立即会向上扩散 不易积聚形成爆炸性气体 安全性较高 采用天然气作为能源 可减少煤和石油的用量 因而大大改善环境污染问题 天然气作为一种清洁能源 能减少二氧化硫和粉尘排放量近100 减少二氧化碳排放量60 和氮氧化合物排放量50 并有助于减少酸雨形成 舒缓地球温室效应 从根本上改善环境质量 但是 对于温室效应 天然气跟煤炭 石油一样会产生二氧化碳 因此 不能把天然气当做新能源 可燃冰 天然气水合物 因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧 所以又被称作 可燃冰 或者 固体瓦斯 和 气冰 它是在一定条件下 由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的 非化学计量的 笼形结晶化合物 它可用mCH4 nH2O来表示 形成天然气水合物的主要气体为甲烷 对甲烷分子含量超过99 的天然气水合物通常称为甲烷水合物 天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土 岛屿的斜坡地带 活动和被动大陆边缘的隆起处 极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境 在标准状况下 一单位体积的气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体 因而其是一种重要的潜在未来资源 天然气水合物使用方便 燃烧值高 清洁无污染 据了解 全球天然气水合物的储量是现有天然气 石油储量的两倍 具有广阔的开发前景 美国 日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物 据测算 中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量 约相当中国陆上石油 天然气资源量总数的二分之一 中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品 可燃冰 从而成为继美国 日本 印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家 全世界拥有的常规石油天然气资源 将在40年或50年后逐渐枯竭 而科学家估计 海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里 占海洋总面积的10 海底可燃冰的储量够人类使用1000年 因而被科学家誉为 未来能源 21世纪能源 火力发电厂发电中能量转化 化石燃料化学能 热能 机械能 电能 为什么化石燃料的转化率低 我们以火力发电厂发电为例 燃烧化石燃料存在较多问题 如 浪费自然资源 产生大气污染 能量转化效率低等 你现在知道为什么化石燃料的转化率低的原因了吗 那么生活中有没有能量转化率较高的装置 化学电源是一种将化学能直接转化成电能的装置 生活生产中常见电池 你知道这些电池工作时 能量是如何转化的 连接锌片与负极 铜片与正极 观察到什么现象 说明什么 实验中能量是如何转化的 下面我们通过实验来直观感知化学电源中能量的转化 电流表指针发生偏转一段时间后 溶液逐渐变为无色 Zn CuSO4 Cu ZnSO4 烧杯中发生了化学变化 产生电流 化学能直接转化为电能 提高能量的转化效率 减少大气污染 因为不同的需要 电池有多种类型和型号 你知道哪几类电池 分别有什么用途呢 谈一谈 电池 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 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 蓄电池 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 发展中的新型电池 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 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 由于锂遇水会发生剧烈反应 所以应选用非水电解质溶液 日本三洋公司首先推出Li MnO2电池 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 3 燃料电池 所谓燃料电池 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 使用电池虽然能减少大气污染和提高能量的转化效率 但废旧电池能否随意丢弃 为什么 你认为应如何处理 交流与讨论 随意丢弃废旧电池会导致固体废弃物和重金属离子对环境的污染 废弃电池处理方法 好好学习 化石燃料能量转化率低且污染大气 而化学电源虽提高能量转化率 降低大气污染 但又带来新的环境污染问题 那么 你认为人类理想的能源是什么 为什么 氢能的优点 1 原料来源广 2 氢气完全燃烧放出的热量多 3 燃烧产物是水 无污染 氢气 理想的绿色能源 氢能将未来的主要能源 氢是宇宙中分布最广泛的物质 它构成了宇宙质量的75 因此氢能被称为人类的终极能源 水是氢的大 仓库 如把海水中的氢全部提取出来 将是地球上所有化石燃料热量的9000倍 氢的燃烧效率非常高 只要在汽油中加入4 的氢气 就可使内燃机节油40 目前 氢能技术在美国 日本 欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段 美国政府已明确提出氢计划 宣布今后4年政府将拨款17亿美元支持氢能开发 美国计划到2040年美国每天将减少使用1100万桶石油 这个数字正是现在美国每天的石油进口量 氢能是氢的化学能 由于氢气必须从水 化石燃料等含氢物质中制得 因此是二次能源 工业上生产氢的方式很多 常见的有水电解制氢 煤炭气化制氢 重油及天然气水蒸气催化转化制氢等 氢能具有以下主要优点 燃烧热值高 每千克氢燃烧后的热量 约为汽油的3倍 酒精的3 9倍 焦炭的4 5倍 燃烧的产物是水 是世界上最干净的能源 资源丰富 氢气可以由水制取 而水是地球上最为丰富的资源 氢气是一种理想的能源 那么如何获得氢气 你有哪些方法 锌和稀硫酸或稀盐酸反应 电解水 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 2H2O2H2 O2 以上两种获得氢气的方法中 你认为哪一种在生产 生活中更有发展前景 为什么 思考与讨论 太阳能 光分解水 光电转换 电解水 利用太阳能制氢气 2 大量使用氢能源要解决的问题 1 氢气的存储和运输问题 2 用水制备氢气的能耗问题 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 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