化学与社会生活(能源)最新《化学与社会生活》课件

1、 吕吕 琳琳能源 化学与社会化学与社会 人类文明发端于火的利用人类文明发端于火的利用煤炭的使用不仅延长了燃烧煤炭的使用不仅延长了燃烧时间，而且为金属的冶炼、时间，而且为金属的冶炼、蒸汽机的使用奠定根底。蒸汽机的使用奠定根底。石油化工使人类进入了现代社会石油化工使人类进入了现代社会未来的社会是核能社会未来的社会是核能社会 能源是人类文明进步的先决条件，它的开发和利用能源是人类文明进步的先决条件，它的开发和利用是衡量一种社会形态、一个时代、一个国家经济开展、是衡量一种社会形态、一个时代、一个国家经济开展、科技水平与民众生活质量的重要标志。科技水平与民众生活质量的重要标志。 随着现代科学技术的高速开

2、展和世界人口的快速增长，随着现代科学技术的高速开展和世界人口的快速增长，对能源的需求量越来越大，对能源质量的需求也越来越高，对能源的需求量越来越大，对能源质量的需求也越来越高，作为当今能源的主体的石油、天然气、煤，都是不能再生作为当今能源的主体的石油、天然气、煤，都是不能再生的化石燃料，用去一点就会少一点。据科学家们估计，现的化石燃料，用去一点就会少一点。据科学家们估计，现在的化石燃料只能再维持几十年时间；另一方面，世界新在的化石燃料只能再维持几十年时间；另一方面，世界新的技术革命带动着许多新兴工业蓬勃兴起，新的生产体系的技术革命带动着许多新兴工业蓬勃兴起，新的生产体系必然要求改变能源系统，要

3、求采用可再生的、分散的、多必然要求改变能源系统，要求采用可再生的、分散的、多样化的能源。因此，充分利用常规能源、开发新能源是解样化的能源。因此，充分利用常规能源、开发新能源是解决世界能源危机的重要途径，是当今世界各国共同追求之决世界能源危机的重要途径，是当今世界各国共同追求之一，新能源必将成为世界新的产业革命的动力，成为未来一，新能源必将成为世界新的产业革命的动力，成为未来世界能源系统的根底，成为未来世界能源舞台上的主角。世界能源系统的根底，成为未来世界能源舞台上的主角。 毫无疑问，化学在充分利用现有资源和开发新能源方面毫无疑问，化学在充分利用现有资源和开发新能源方面发挥着不可替代的作用。首先

4、，通过化学手段能够更好地发挥着不可替代的作用。首先，通过化学手段能够更好地利用化石燃料。利用化石燃料。 其次，化学在开发新能源方面也发挥着重要作用，通过其次，化学在开发新能源方面也发挥着重要作用，通过化学等方法开发的核能、氢能、太阳能等是极具前途的清化学等方法开发的核能、氢能、太阳能等是极具前途的清洁能源。洁能源。n能源概述n各种能源简介 主要内容 能源是指能为人类提供所需能量的自然资源，是指能源是指能为人类提供所需能量的自然资源，是指一切能量比较集中的含能体如煤炭、天然气等和能一切能量比较集中的含能体如煤炭、天然气等和能量过程如风、潮汐量过程如风、潮汐 一、能源概述能源概述 1、何谓能源？、

5、何谓能源？ 1 1、按来源分、按来源分 来自地球以外来自地球以外 辐射能、化石资源、生物质能、辐射能、化石资源、生物质能、 ( (太阳能太阳能) ) 风能、海洋能风能、海洋能 来自地球内部来自地球内部 地热能和核能地热能和核能 地球与月球、太阳等天体间有规律运动形成的能地球与月球、太阳等天体间有规律运动形成的能 潮汐能潮汐能 2 2、按能源形成条件分：、按能源形成条件分：一次能源一次能源 自然界中未经转换可直接使用的能源自然界中未经转换可直接使用的能源 如：原煤、石油、天然气、流水、日光、草木如：原煤、石油、天然气、流水、日光、草木二次能源二次能源 经过加工或转换后获得的能源经过加工或转换后获

6、得的能源 如：汽油、煤油、柴油、电力、氢能、沼气如：汽油、煤油、柴油、电力、氢能、沼气2、能源分类、能源分类 3、按能源可否反复利用分： 可再生能源 水力、风、草木燃料、海洋能 非再生能源 化石燃料煤、石油、天然气 4、按能源利用状况分： 常规能源 是指已被广泛利用的能源柴草、煤 炭、石油、水力等 新能源 是指利用先进技术所获得的能源或指采用先进的技术开发利用传统的能源太阳能、核能、氢能、生物质能、海洋能、地热能、煤气、水煤浆 能源的分类能源的分类 5 5、世界能源委员会将能源分为：固体燃料、液体燃料、世界能源委员会将能源分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、

7、核能、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能等类型。其中，前三种又称化石燃料或化海洋能和地热能等类型。其中，前三种又称化石燃料或化石能源。石能源。 加热大气加热大气加热海洋加热海洋光电转换光电转换光热转换光热转换风能风能潮汐能潮汐能海浪能海浪能海流能海流能海水温差能海水温差能水能水能古生物固定的太阳能古生物固定的太阳能人工利用太阳能人工利用太阳能光合作用光合作用煤炭煤炭石油石油天然气天然气生物质能生物质能 在目前人类所使用的能源中，绝大局部都来自太阳能，太阳能的利用方式多在目前人类所使用的能源中，绝大局部都来自太阳能，太阳能的利用方式多种多样。种多样。 能源的分类能

8、源的分类 1、 化学能向电能转化 2 、 太阳能转化为热能、电能所需的蓄热材料、光电材料 3、 核能转化为电能： 核燃料的提纯、富集化学处理过程 核废料的萃取别离 反响堆结构材料、元件、包壳材料的防护 水的纯化 4、化石燃料的充分利用 5、生物质能利用效率的提高3、能源转换中的化学、能源转换中的化学 裂变能裂变能太阳能热利用技术太阳能热利用技术大规模电力系统大规模电力系统高效燃烧技术高效燃烧技术核能的利用核能的利用2020世纪能源科学技术成就世纪能源科学技术成就聚变能聚变能放射能放射能大容量风力发电技术大容量风力发电技术能源软科学能源软科学2121世纪能源科学技术开展方向世纪能源科学技术开展方

9、向燃料电池燃料电池核聚变能核聚变能氢能氢能太阳能发电利用太阳能发电利用生物质能的高效和清洁利用技术生物质能的高效和清洁利用技术分散能源系统技术分散能源系统技术能源软科学能源软科学 二、二、化石燃料化石燃料 u当代工业的粮食煤炭u当代工业的血液石油u最清洁的化石燃料天然气 煤炭n大约在大约在5000年前，人类曾把煤炭作为装饰品。年前，人类曾把煤炭作为装饰品。n煤炭是世界上储存量最丰富的化石燃料之一。煤炭是世界上储存量最丰富的化石燃料之一。n世界上煤的总储存量约为世界上煤的总储存量约为13万亿吨。我国探明万亿吨。我国探明的煤炭可采储存量为的煤炭可采储存量为7300多亿吨，居世界第一，多亿吨，居世界

10、第一，占世界总储量的占世界总储量的45.7%。我国也是世界第一产煤。我国也是世界第一产煤和用煤大国。和用煤大国。你知道吗？你知道吗？ 煤是由古生的植物随着地壳变动被埋入地下，经过数亿煤是由古生的植物随着地壳变动被埋入地下，经过数亿年的地热高温、高压和细菌作用逐渐演化形成的可燃性固年的地热高温、高压和细菌作用逐渐演化形成的可燃性固体矿物。体矿物。 从本质上说煤炭中所含的化学能是植物通过光合作用从本质上说煤炭中所含的化学能是植物通过光合作用从太阳光转化而来的。从太阳光转化而来的。煤的形成 采 煤世界煤炭的储藏和分布世界煤炭的储藏和分布 中国煤炭的储藏和分布中国煤炭的储藏和分布 根据煤化程度的不同将

11、煤大致分为泥煤、褐煤、烟煤和根据煤化程度的不同将煤大致分为泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤，其含碳量逐渐升高，燃烧热值也之间递增。我国无烟煤，其含碳量逐渐升高，燃烧热值也之间递增。我国原煤产量以烟煤为主。原煤产量以烟煤为主。 煤的种类四种煤的形成过程四种煤的形成过程煤是一种具有高碳氢比的复杂混合物，其主煤是一种具有高碳氢比的复杂混合物，其主要成分是要成分是碳碳和和氢氢，还有少量的氧、氮、硫等。，还有少量的氧、氮、硫等。分子式：分子式：C125H97O9NS 成分：成分：C 84.3% H 5.1% O 7.5% N 1.5% S 1.6% 水分、挥发物、无机物灰分水分、挥发物、无机物灰分 煤中的氢并非

12、都可以燃烧，和煤中的氢并非都可以燃烧，和C C、S S、P P结合的氢可以燃烧结合的氢可以燃烧 煤的组成与结构根本结构单元：由数十个五元环和六元环组成的稠环化合物根本结构单元：由数十个五元环和六元环组成的稠环化合物煤粒的核心局部：煤粒的核心局部：“沥青类或沥青类或“树脂类高分子化合物树脂类高分子化合物 煤的化学加工与转化1、煤炭直接作为燃料存在的问题：环境污染、燃烧率低煤炭直接作为燃料存在的问题：环境污染、燃烧率低2 2、加工的目的：、加工的目的：n除去所含除去所含S S、N N和无机物和无机物解决环境污染问题解决环境污染问题n降低分子量提高氢含量降低分子量提高氢含量提高使用价值提高使用价值3

13、 3、加工与转化的方式、加工与转化的方式n煤的干馏煤的干馏n煤的气化煤的气化n煤的液化煤的液化n水煤浆水煤浆 煤的气化门捷列夫的畅想门捷列夫的畅想1 1、水煤气、水煤气将空气通过装有灼热的焦炭的塔柱，会发生放热反响：将空气通过装有灼热的焦炭的塔柱，会发生放热反响：C Cs s+O2+O2g g=CO2=CO2g g H=-393.5kJmol-1H=-393.5kJmol-1放出的大量热量可使焦炭的温度上升到约放出的大量热量可使焦炭的温度上升到约15001500。切断。切断空气，将水蒸气通过灼热的焦炭，发生以下反响：空气，将水蒸气通过灼热的焦炭，发生以下反响：C Cs s+H2O+H2Og g

14、=CO=COg g+H2 +H2 H=-131.3kJmol-1H=-131.3kJmol-12 2、合成气、合成气 将纯氧气和水蒸气在加压下通过灼烧的煤，可使煤将纯氧气和水蒸气在加压下通过灼烧的煤，可使煤中的苯酚等挥发出来，并生成一种气态混合物燃料，其中的苯酚等挥发出来，并生成一种气态混合物燃料，其体积分数为体积分数为：40%H2、15%CO、15%CH4、30%CO2。煤的液化 以煤炭为原料，通过化学加工过程，生产油品和石油以煤炭为原料，通过化学加工过程，生产油品和石油化工产品。主要有两种方式：化工产品。主要有两种方式：直接液化：将煤炭先磨成煤粉，然后与溶剂煤焦油、直接液化：将煤炭先磨成煤

15、粉，然后与溶剂煤焦油、催化剂混合为浆状物，在温度为催化剂混合为浆状物，在温度为673-773K，压力为，压力为100300100 1000Pa下加氢直接生产重质下加氢直接生产重质液体燃料。一般二、三吨煤粉可得一吨液化油。液体燃料。一般二、三吨煤粉可得一吨液化油。间接液化：将煤粉先气化成间接液化：将煤粉先气化成CO和和H2，然后用高压催化，然后用高压催化合成液体燃料。合成液体燃料。 是把煤在隔绝空气的密闭炼焦炉内加热，随着温度升高，是把煤在隔绝空气的密闭炼焦炉内加热，随着温度升高，煤中的有机物质逐渐开始分解，得到气态的炉煤气、液态的煤中的有机物质逐渐开始分解，得到气态的炉煤气、液态的煤焦油和固态

16、的焦炭。煤焦油中有很多苯、甲苯、二甲苯、煤焦油和固态的焦炭。煤焦油中有很多苯、甲苯、二甲苯、酚类、萘等，是珍贵的化工原料。酚类、萘等，是珍贵的化工原料。煤的干馏 所谓一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如所谓一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等为原料，用化工的方一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等为原料，用化工的方法制造产品的化学体系的总称。法制造产品的化学体系的总称。 广义的一碳化学，不仅包括上述四种化合物，还包括如甲广义的一碳化学，不仅包括上述四种化合物，还包括如甲醛、甲酸、氢氰酸、甲胺、二氟二氯甲烷等的制造及其衍生醛、甲酸、氢氰酸、甲胺、二氟二氯

17、甲烷等的制造及其衍生物的合成。但当今世界上，通常一碳化学的范畴，主要是指物的合成。但当今世界上，通常一碳化学的范畴，主要是指一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇四种物质所涉及的有关内一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇四种物质所涉及的有关内容。另外，由于甲烷属于天然气化学；二氧化碳虽然是一种容。另外，由于甲烷属于天然气化学；二氧化碳虽然是一种取之不尽，用之不竭的气体，但人们对它的研究还不够，化取之不尽，用之不竭的气体，但人们对它的研究还不够，化工上的应用并不多；同时甲烷、二氧化碳及甲醇都可由一氧工上的应用并不多；同时甲烷、二氧化碳及甲醇都可由一氧化碳制造，故狭义的一碳化学就是指一氧化碳化学，或称合化碳制造

18、，故狭义的一碳化学就是指一氧化碳化学，或称合成气成气COH2化学。化学。 拓展视野拓展视野一碳化学一碳化学何谓一碳化学？何谓一碳化学？ 近几年来，利用合成气能够生产的化工产品不下近几年来，利用合成气能够生产的化工产品不下 30304040种，我国正在开发的也有种，我国正在开发的也有20203030种。关于利用合成气合成燃种。关于利用合成气合成燃料的动向，主要是合成甲醇，再由甲醇生产汽油。同时甲醇料的动向，主要是合成甲醇，再由甲醇生产汽油。同时甲醇也是一种廉价的化工原料。也是一种廉价的化工原料。 对一碳化学的研究有催化法和放射线法。放射线的特点是对一碳化学的研究有催化法和放射线法。放射线的特点是

19、可以在常温常压下进行，但需依赖于电子加速器的进步。目可以在常温常压下进行，但需依赖于电子加速器的进步。目前研究一碳化学多用催化法，并且一些产品已投产。前研究一碳化学多用催化法，并且一些产品已投产。 石油 我国对石油的开发利用有着悠久的历史。早在我国对石油的开发利用有着悠久的历史。早在2000多年多年前，我们的祖先就在现陕西的延安一带发现了石油，并将前，我们的祖先就在现陕西的延安一带发现了石油，并将其称为石漆、石液、石脂水、石脑油、猛火油等。到宋代，其称为石漆、石液、石脂水、石脑油、猛火油等。到宋代，著名的科学家宋应星在著名的科学家宋应星在?天工开物天工开物?一书中提出了一书中提出了“石油石油一

20、词，并一直沿用至今。一词，并一直沿用至今。 在古代，石油主要用于点灯照明，也用于制造药物，有在古代，石油主要用于点灯照明，也用于制造药物，有时还用它作时还用它作“武器。相传在北周宣政元年公元前武器。相传在北周宣政元年公元前578年，北周军队在河西走廊西部的禄福县，曾用燃烧的年，北周军队在河西走廊西部的禄福县，曾用燃烧的“石脂水作武器打败了入侵的突厥军队。石脂水作武器打败了入侵的突厥军队。 自从自从1883年创造了汽油发动机和年创造了汽油发动机和 1893年创造了柴油机以年创造了柴油机以来，石油的身价倍增，并获得了来，石油的身价倍增，并获得了“工业血液的美称。工业血液的美称。你知道吗？你知道吗？

21、石油的形成石油是远古时代沉积在海底湖泊中的石油是远古时代沉积在海底湖泊中的动植物动植物的遗体，的遗体，在海洋条件作用下经过千百万年的漫长转化过程而生在海洋条件作用下经过千百万年的漫长转化过程而生成。成。 从地下采出来的石油，没有经过加工提炼成各种产品以从地下采出来的石油，没有经过加工提炼成各种产品以前通称为原油。前通称为原油。 原油最直观的物理性质就是丰富多彩的颜色，由浅到深原油最直观的物理性质就是丰富多彩的颜色，由浅到深有白色、淡黄色、褐色、黑绿色以至黑色。有白色、淡黄色、褐色、黑绿色以至黑色。 石油的成分与结构 石油是多种碳氢化合物的混合物，主要是烷烃、环烷石油是多种碳氢化合物的混合物，主

22、要是烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃，以及少量的有机硫化物、有机氮化物、烃、芳香烃和烯烃，以及少量的有机硫化物、有机氮化物、水分和矿物质等。水分和矿物质等。 根据石油中所含碳氢化合物的种类不同，可将石油分根据石油中所含碳氢化合物的种类不同，可将石油分为四大类：为四大类：l石蜡基石油石蜡基石油l环烷基石油环烷基石油l中间基石油中间基石油l芳香基石油芳香基石油世界石油资源分布极不平衡：世界石油资源分布极不平衡：中东地区中东地区拥有全球拥有全球63.3%63.3%的石油储量的石油储量欧洲和中亚欧洲和中亚占占9.2%9.2%非洲地区非洲地区石油储量占全球的石油储量占全球的8.9%8.9%拉丁美洲和中美洲拉丁

23、美洲和中美洲占占8.9%8.9%北美地区北美地区占占5.5%5.5%东南亚和大洋洲东南亚和大洋洲占占4.2%4.2% 石油资源的分布 石油的加工 另外，人们还想方设法把一些不尽人意的分子转变成燃烧另外，人们还想方设法把一些不尽人意的分子转变成燃烧情况良好的分子，例如，用催化裂解的方法把大分子裂解成情况良好的分子，例如，用催化裂解的方法把大分子裂解成小分子，用催化重整的方法改变分子结构等。这样做的目的小分子，用催化重整的方法改变分子结构等。这样做的目的在于得到效果更佳的燃料。在于得到效果更佳的燃料。 石油不仅是重要的燃料资源，还是一种珍贵的化工原料，石油不仅是重要的燃料资源，还是一种珍贵的化工原

24、料，石油化工就是以它为母体开展起来的。石油化学工业以石脑石油化工就是以它为母体开展起来的。石油化学工业以石脑油等石油产品为原料，首先经裂解转化为乙烯、丙烯、丁烯油等石油产品为原料，首先经裂解转化为乙烯、丙烯、丁烯等，然后进一步精加工成为聚烯烃及一些重要的精细化工原等，然后进一步精加工成为聚烯烃及一些重要的精细化工原料。料。 我国石油化学工业推向了一个新水平，并跨入了世界先进我国石油化学工业推向了一个新水平，并跨入了世界先进行列。行列。 车用汽油 汽油在发动机中正常燃烧时，火焰的传播速度约为汽油在发动机中正常燃烧时，火焰的传播速度约为30-30-70ms-170ms-1。但当混合气已燃烧。但当混

25、合气已燃烧2/3-3/42/3-3/4时，未燃烧的混合气中时，未燃烧的混合气中产生了高度密集的过氧化物，它的分解使混合气中出现了许多产生了高度密集的过氧化物，它的分解使混合气中出现了许多燃烧中心，燃烧速率猛增，产生强大的压力脉冲，火焰的传播燃烧中心，燃烧速率猛增，产生强大的压力脉冲，火焰的传播速率可达速率可达800-1000ms-1800-1000ms-1。这种情况下汽缸内产生清脆的金属。这种情况下汽缸内产生清脆的金属敲声，这种燃烧就是爆燃。敲声，这种燃烧就是爆燃。 汽油的抗爆性与组成汽油的烃类有关。正构烷烃随碳原子数汽油的抗爆性与组成汽油的烃类有关。正构烷烃随碳原子数增多抗爆性降低，异构烷烃

26、随支链的增多抗爆性升高，环烷烃增多抗爆性降低，异构烷烃随支链的增多抗爆性升高，环烷烃抗爆性居中，而芳香烃及其衍生物抗爆性较高。抗爆性居中，而芳香烃及其衍生物抗爆性较高。 为了提高汽油的抗爆性，常向汽油中添加抗爆剂。四乙基破为了提高汽油的抗爆性，常向汽油中添加抗爆剂。四乙基破坏生成的过氧化物，但会生成硬质的坏生成的过氧化物，但会生成硬质的PbOPbO颗粒，它会沉积在燃颗粒，它会沉积在燃烧室，因而要同时参加一定量的导出剂溴乙烷或二溴乙烷，烧室，因而要同时参加一定量的导出剂溴乙烷或二溴乙烷，使使PbO PbO 转化为转化为PbBr2PbBr2。目前，很多国家已禁止使用含铅汽油，。目前，很多国家已禁止

27、使用含铅汽油，现在的抗爆剂多采用甲基叔丁基醚。现在的抗爆剂多采用甲基叔丁基醚。 不同的标号指的是此标号汽油辛烷值的大小，汽油的标号越高，辛脘值含量越高，越不容易发生爆燃。应根据发动机的压缩比选用汽油，压缩比高的车辆应该选用高标号汽油，从而保证在发动机不发生爆燃的情况下动力输出最正确、本钱最低。 压缩比是指发动机气缸的总容积与燃烧室容积之比。压缩比是发动机的一个非常重要的结构参数，压缩比高，动力性好、热效率高，车辆加速性、最高车速等会相应提高。 通常，压缩比在应选用90号车用汽油；压缩比在应选用90号93号车用汽油；压缩比在应选用93号95号车用汽油；压缩比在10应选用95号97号车用汽油。车主

28、应严格按发动机不同的压缩比，选用相应标号的车用汽油，才能使发动机发挥出最正确的效能。 丙烷、丙烯和丁烷、丁烯液化气是瓶装煤气的丙烷、丙烯和丁烷、丁烯液化气是瓶装煤气的主要成分，能用适当的压力和冷冻使之液化。因为丙烷主要成分，能用适当的压力和冷冻使之液化。因为丙烷比丁烷更易挥发，所以在北方使用的瓶装煤气含有较多比丁烷更易挥发，所以在北方使用的瓶装煤气含有较多的丙烷，而在南方使用的瓶装煤气含有较多的丁烷。的丙烷，而在南方使用的瓶装煤气含有较多的丁烷。将重油、柴油与氢气混合在高压催化下反响，可制得将重油、柴油与氢气混合在高压催化下反响，可制得合成石油，进一步加工可得到汽油和高级汽油。合成石油，进一步

29、加工可得到汽油和高级汽油。你知道吗？你知道吗？开采石油通常采用钻井的方法，一局部用于注水，一开采石油通常采用钻井的方法，一局部用于注水，一局部用于采取石油。局部用于采取石油。 拓展视野拓展视野石油植物石油植物 既然花生油、菜籽油、玉米油、桐油、豆油可以在地里 “种出来，为什么石油就不能“种出来呢？ 美国化学家卡达文是位诺贝尔奖获得者，他就相信石油可以“种出来。1987年他到处寻找能生产石油的植物，功夫不负有心人，他终于发现了许多能“挤出石油来的植物。 卡达文在寻找到能“生产石油的植物后，就开始选种和育种，并在美国加利福尼亚种了大约6亩地的“石油树，一年中竟收获了50t石油，卡达文“种石油的成功

30、，激起了一股研究和寻找石油树的热潮。现在美国成立了一个石油植物研究所，专门研究能流出石油的植物。 现在，可以生产石油的植物越来越多，在菲律宾发现一种能产石油的胡桃，一年可收两季。在巴西有一种乔木高达30多米，直径最大有1m，在这种乔木上打一个洞，一小时就能流出7Kg石油来。 美国加利福尼亚大学还用遗传技术培养了一种石油植物，这种植物乳汁中的成分和天然矿物石油的成分很相似。从这种乳汁中可以提炼出汽油、煤油和许多副产品。石油也可以“种出来，将为缓和能源短缺的紧张局面起到重要作用。小故事小故事 天然气 天然气是一种优质的气体燃料和重要的化工原料。天然气是一种优质的气体燃料和重要的化工原料。我国是世界

31、上最早开采和利用天然气的国家，早在我国是世界上最早开采和利用天然气的国家，早在公元前公元前221221年，我国就在四川省自流井气田钻成深约年，我国就在四川省自流井气田钻成深约100m100m的天然气井。的天然气井。 天然气是世界上第三大贸易燃料，占全球能源消天然气是世界上第三大贸易燃料，占全球能源消费总量的费总量的23%23%，是消费需求增长速度最快的能源。，是消费需求增长速度最快的能源。天然气虽在组成上也是以天然气虽在组成上也是以碳氢化合物碳氢化合物为主要成份，为主要成份，但其生成条件比石油更多样化。但其生成条件比石油更多样化。 天然气从浅到深都能生成；天然气可由浮游的动、天然气从浅到深都能

32、生成；天然气可由浮游的动、植物生成，也可由高等植物生成；天然气有有机成植物生成，也可由高等植物生成；天然气有有机成因，也有无机成因。因，也有无机成因。 可燃冰是一种可燃冰是一种天然气水合物天然气水合物，是水和天，是水和天然气在中高压和低温条件下混合时产生的然气在中高压和低温条件下混合时产生的无色透明的冰状晶体，点燃即可燃烧。无色透明的冰状晶体，点燃即可燃烧。 拓展视野拓展视野可燃冰可燃冰天然气水合物是一种天然气水合物是一种笼型水合物笼型水合物，属于主客体化，属于主客体化合物。水分子间以氢键相互吸引构成笼子作为主体，合物。水分子间以氢键相互吸引构成笼子作为主体，甲烷作为客体居于笼中，以范德华力与

33、水分子相互作甲烷作为客体居于笼中，以范德华力与水分子相互作用而形成笼型水合物。用而形成笼型水合物。 可燃冰的结构 可燃冰的特点 可燃冰其一是分布在各大陆向海延伸的大陆边缘水深超可燃冰其一是分布在各大陆向海延伸的大陆边缘水深超过过300300500m500m的有利地带，且其大多数处于海底以下的有利地带，且其大多数处于海底以下100100200m200m的深层沉积地层中。二是分布在高纬度永久冻土层带。的深层沉积地层中。二是分布在高纬度永久冻土层带。 可燃冰的开采 目前考虑的开采方案有几种：解热法和降压法；还有科目前考虑的开采方案有几种：解热法和降压法；还有科学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应

34、使其分解；另学家提出将核废料埋入地底，利用核辐射效应使其分解；另外还有一个新的设想，即外还有一个新的设想，即“置换法。置换法。 由于甲烷对环境破坏作用，所以可燃冰又是一种危险的燃由于甲烷对环境破坏作用，所以可燃冰又是一种危险的燃料。除此之外，可燃冰开采还可能会造成大陆架边缘动乱，料。除此之外，可燃冰开采还可能会造成大陆架边缘动乱，引发海底塌方并导致灾难性的海啸，引发海底塌方并导致灾难性的海啸， 三、生物质能三、生物质能的开发利用的开发利用 生物质从广义上说是指生物质从广义上说是指绿色植物通过光合作用产生绿色植物通过光合作用产生的各种有机物的各种有机物。这些有机物为生物提供了食物，提供了这些有机

35、物为生物提供了食物，提供了各种各样的原料和能量。因此从某种意义上说，绿色植各种各样的原料和能量。因此从某种意义上说，绿色植物是巨大的天然能源仓库。物是巨大的天然能源仓库。生物质能源产量巨大，生生不息。生物质能源产量巨大，生生不息。生物质能源洁净，环保。生物质能源洁净，环保。生物质能源具有稳定的可获得性。生物质能源具有稳定的可获得性。生物质与化石燃料具有兼容性。生物质与化石燃料具有兼容性。用油菜等油料用油菜等油料作物，油棕等油作物，油棕等油料林木果实，可料林木果实，可制得生物柴油。制得生物柴油。 生物质能源的特点 目前生物质能的利用大多是直接燃烧。然而直接燃烧薪目前生物质能的利用大多是直接燃烧。

36、然而直接燃烧薪柴，能源利用率太低，仅柴，能源利用率太低，仅1010。近几十年，人们对生物质能。近几十年，人们对生物质能源的利用模式进行了广泛的根底研究。大体分为两个方面：源的利用模式进行了广泛的根底研究。大体分为两个方面：一是由含糖类较多的作物中提取酒精或甲醇，二是制造沼气。一是由含糖类较多的作物中提取酒精或甲醇，二是制造沼气。这都和发酵有关，因此现代绿色能源的概念不只是指薪柴了，这都和发酵有关，因此现代绿色能源的概念不只是指薪柴了，它包括植物本身，以及从植物、动物衍生物经发酵工艺所提它包括植物本身，以及从植物、动物衍生物经发酵工艺所提取的能源。取的能源。 生物质能源的开发乙醇汽油乙醇汽油多品

37、种原料生物柴油多品种原料生物柴油集成生产装置集成生产装置 专家们断言，垃圾发电在专家们断言，垃圾发电在2121世纪将成为能源市场的一名新世纪将成为能源市场的一名新主角。城市垃圾资源十分丰富，且蕴藏着大量二次能源物质。主角。城市垃圾资源十分丰富，且蕴藏着大量二次能源物质。通常城市生活垃圾中的灰渣，可燃物占通常城市生活垃圾中的灰渣，可燃物占27%27%，发热值，发热值8734 KJ8734 KJKgKg；菜类可燃物占，发热值；菜类可燃物占，发热值5524KJ5524KJKgKg；纸类可燃物占，；纸类可燃物占，发热值发热值15794 KJ15794 KJKgKg；塑料可燃物占；塑料可燃物占88%88

38、%，发热值，发热值37450 KJ37450 KJKgKg。综合起来，大约。综合起来，大约2t2t垃圾燃烧的热量就相当于垃圾燃烧的热量就相当于1t1t煤燃烧时所煤燃烧时所发出的热量，发出的热量，1t1t垃圾可产生垃圾可产生525KW525KW的电能。的电能。 利用垃圾最经济有效的方法就是利用垃圾发电。当前有多利用垃圾最经济有效的方法就是利用垃圾发电。当前有多种途径。一种是利用城市垃圾填埋制取沼气，进行发电；而更种途径。一种是利用城市垃圾填埋制取沼气，进行发电；而更主要的是将垃圾用燃烧炉燃烧的余热进行发电；再就是将垃圾主要的是将垃圾用燃烧炉燃烧的余热进行发电；再就是将垃圾制取成固体燃料直接燃烧进

39、行发电。制取成固体燃料直接燃烧进行发电。 垃圾发电 2007年6月20日拍摄的垃圾发电厂的主控室。 6月20日，江苏省最大的垃圾发电厂苏州市生活垃圾燃烧发电厂正式并网发电。这个垃圾燃烧发电厂投资亿元，耗时两年建设完成，日处理生活垃圾1000吨左右，占到苏州城市日产生生活垃圾总量的近50%，日发电量达25万千瓦时。 四、化学电池四、化学电池 电池是由电极、电解池、隔离层和容器等四个局部电池是由电极、电解池、隔离层和容器等四个局部组成。组成。l17991799年，伏打年，伏打. .据此设计出了现在被称为伏打电池的装据此设计出了现在被称为伏打电池的装置置l18361836年，丹尼年，丹尼Daniel

40、lDaniell创造了世界上第一个实用电池。创造了世界上第一个实用电池。l18661866年，电化学家勒克朗谢以锌为负极，二氧化锰为正极，年，电化学家勒克朗谢以锌为负极，二氧化锰为正极，氯化铵溶液作电解质，这是电池开展的重大转折。以后，盖氯化铵溶液作电解质，这是电池开展的重大转折。以后，盖斯南将淀粉参加氯化铵中制成糊状电解质，从此，锌锰电池斯南将淀粉参加氯化铵中制成糊状电解质，从此，锌锰电池成了成了“干电池。干电池。 l19041904年爱迪生用氢氧化钠年爱迪生用氢氧化钠( (烧碱烧碱) )溶液代替硫酸，用镍、铁溶液代替硫酸，用镍、铁代替铅，制成世界上第一台镍铁碱电池。它的供电时间相当代替铅，

41、制成世界上第一台镍铁碱电池。它的供电时间相当长，在当时可以算是长，在当时可以算是“老寿星了。老寿星了。你知道吗你知道吗?锌锰干电池：锌锰干电池：负极负极是锌做的是锌做的圆筒圆筒正极正极是一根碳是一根碳棒，周围被二棒，周围被二氧化锰、碳粉氧化锰、碳粉和氯化铵的混和氯化铵的混合剂包围。合剂包围。 原电池 蓄电池 锂电池 锂离子电池目前有液态锂离子电池锂离子电池目前有液态锂离子电池(LIB)(LIB)和聚合物和聚合物锂离子电池锂离子电池(PLIB)(PLIB)两类。其中，液态锂离子电池是指两类。其中，液态锂离子电池是指Li+Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化嵌入化合物为正、负极的二次

42、电池。正极采用锂化合物合物LiCoO2LiCoO2，LiNiO2LiNiO2或或LiMn2O4LiMn2O4，负极采用锂，负极采用锂碳层间碳层间化合物化合物LixC6LixC6。 充电时，在电场的驱动下锂离子从正极材料中充电时，在电场的驱动下锂离子从正极材料中脱出，经过电解质，插入到负极中。放电时，过程正脱出，经过电解质，插入到负极中。放电时，过程正好相反，即锂离子返回正极中，电子那么通过了用电好相反，即锂离子返回正极中，电子那么通过了用电的电子产品中并为之供电。的电子产品中并为之供电。 聚合物锂离子电池的原理与液态锂相同，主要区别是电解液与液态锂不同。电池主要的构造包括有正极、负极与电解质三

43、项要素。所谓的聚合物锂离子电池是说在这三种主要构造中至少有一项或一项以上使用高分子材料做为主要的电池系统。而在目前所开发的聚合物锂离子电池系统中，高分子材料主要是被应用于正极及电解质。正极材料包括导电高分子聚合物或一般锂离子电池所采用的无机化合物，电解质那么可以使用固态或胶态高分子电解质。聚合物锂离子工艺中没有多余的电解液，因此它更稳定，也不易因电池的过量充电、碰撞或其他损害、以及过量使用而造成危险情况。丰田全新概念环保车，它的发动丰田全新概念环保车，它的发动原理是以氢氧结合产生电力，排原理是以氢氧结合产生电力，排放物仅仅是水。放物仅仅是水。 燃料电池燃料电池是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学

44、燃料电池是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地按电化学原理转化为电能的能能高效、环境友好地按电化学原理转化为电能的能量转换装置，也是一种新型的无污染、无噪音、大量转换装置，也是一种新型的无污染、无噪音、大规模、大功率和高效率的汽车动力。规模、大功率和高效率的汽车动力。 氢氧燃料电池工作时向负极供给燃料氢，向正极供给氧化剂空气或氧气。 氢在负极解离成H+和电子，H+进入电解液中，而电子那么沿外部电路移向正极，用电的负载就接在外部电路中。 在正极上，氧与电解液中的氢离子获得经外电路抵达正极上的电子而形成水。氢氧燃料电池原理氢氧燃料电池原理燃料电池的种类燃料电池的种类 锌银电池主要优点

45、是比能量高，是铅蓄电池的锌银电池主要优点是比能量高，是铅蓄电池的3 34 4倍。适宜于大电流放电的锌银电池应用于军倍。适宜于大电流放电的锌银电池应用于军事、航空、移动的通信设备、电子仪器、人造卫事、航空、移动的通信设备、电子仪器、人造卫星和宇宙航行等方面。制成钮扣式微型的锌银电星和宇宙航行等方面。制成钮扣式微型的锌银电池应用于电子手表、助听器、计算机和心脏起搏池应用于电子手表、助听器、计算机和心脏起搏器等。器等。 锌银锌银电池钮扣式锌银电池钮扣式锌银电池 常见的钮扣电池为银锌电池，它用不锈钢制成一个由正常见的钮扣电池为银锌电池，它用不锈钢制成一个由正极和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极壳一端填充

46、由极和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH，溶液两边用羧甲，溶液两边用羧甲级纤维素作隔膜，将电极与电解液分开。一粒钮扣电池的电级纤维素作隔膜，将电极与电解液分开。一粒钮扣电池的电压达，安装在电子表里可使用两年之久。压达，安装在电子表里可使用两年之久。 负极：负极：Zn+2OH- -2e- =Zn(OH)2正极：正极：Ag2O+H2O+2e- =2Ag+2OH-总反响：总反响： Zn + Ag2O +H2O = Z

47、n(OH)2 + 2Ag 笔记本电脑中的锂离子电池在一些情况下，可能会爆炸起火。锂电池内有加压的容器，装着含有高度可燃性的液体，同时又含有强力的氧化剂。2007年人们已创造了一种由银跟锌构成，不会爆炸的电池。电池里面的材料-大局部是锌、锌离子与水-并不会起火，使用这类电池的笔记本电脑可以支撑十小时，比锂电池更长。 美国电池开发商ZPower近日在美国加利福尼亚州旧金山市举行的个人电脑开发商会议上展出面向笔记本电脑和 的全新结构充电电池。 此次开发的是正极采用银、负极采用以锌为主的复合高分子材料的充电电池。隔板也使用了自主开发的材料。由于电解液没有使用有机类溶媒，所以ZPower表示，与锂离子充

48、电电池相比，该电池起火的危险性很低。单位体积的能量密度方面，目前的试制品为550Wh/L左右，与现有的锂离子充电电池相近。该公司方案将这一能量密度提高到650Wh/L左右，并于2021年中期前后量产供货。 目前常用的太阳电池是由硅制成的，一般是在电子型目前常用的太阳电池是由硅制成的，一般是在电子型单晶硅的小片上用扩散法渗进一薄层硼，以得到单晶硅的小片上用扩散法渗进一薄层硼，以得到PNPN结，然结，然后再加上电极。当日光直射到渗了硼的薄层面上时，两极后再加上电极。当日光直射到渗了硼的薄层面上时，两极间就产生电动势。这种电池可用作人造卫星上仪器的电源。间就产生电动势。这种电池可用作人造卫星上仪器的

49、电源。除硅外，砷化镓也是制作太阳电池的好材料。除硅外，砷化镓也是制作太阳电池的好材料。 太阳太阳电池 P型半导体的形成型半导体的形成 N型半导体的形成型半导体的形成 PN结纳米晶化学太阳能电池纳米晶化学太阳能电池 阳极：染料敏化半导体薄膜TiO2膜 阴极：镀铂的导电玻璃 电解质：I3-/I-染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的TiO2导带，染料中失去的电子那么很快从电解质中得到补偿，进入TiO2导带中的电于最终进入导电膜,然后通过外回路产生光电流。 纳米晶TiO2太阳能电池的优点是本钱低，工艺简单，性能稳定，寿命能到达20年以上。染料敏化染料敏化TiO2TiO2

50、太阳能电池的手工制作太阳能电池的手工制作 (1)先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨(2)用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜(3)把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结1015分钟，然后冷却 把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要5分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡5分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。 利用天然染料为二氧化钛着色 由染料着色的TiO2为电子流出的一极即负极。正电极可由导电玻璃的导电面涂有导电的SnO2膜层构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的，利用

51、手指也可以做出判断，导电面较为粗糙。如下图，把非导电面标上+，然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。 制作正电极 利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于复原和再生染料。如下图，在二氧化钛膜外表上滴加一到两滴电解质即可。 参加电解质 组装电池 把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露在外面的局部用以连接导线。这样，你的太阳能电池就做成了。 据1975年的报道，国外对第一个原子电池进行了测试。这个可输出20W、质量为1398Kg的原子电池已沉入北海海底

52、，向邻近的海洋测量站供电。 这种电池密封在长84cm、直径69cm、铅外壁厚10cm的圆柱体中。它的核心局部是锶90。当锶衰变时，产生了相当于300W的热能，然后通过热电发生器将热能转化为电能。最后输出的电功率是20W，电压28V。据称这种原子电池不需维护，至少可用5年，估计可用到10年。 原子原子电池 纳米电池即用纳米材料如纳米纳米电池即用纳米材料如纳米MnO2MnO2、LiMn2O4LiMn2O4、Ni(OH)2Ni(OH)2等制作的电池，纳米材料具有特殊的微观结构和等制作的电池，纳米材料具有特殊的微观结构和物理化学性能。目前国内技术成熟的纳米电池是纳米活性物理化学性能。目前国内技术成熟的

53、纳米电池是纳米活性碳纤维电池。主要用于电动汽车，电动摩托，电动助力车碳纤维电池。主要用于电动汽车，电动摩托，电动助力车上。该种电池可充电循环上。该种电池可充电循环10001000次，连续使用达次，连续使用达1010年左右，年左右，且充电一次只需且充电一次只需2020分钟左右，平路行程达分钟左右，平路行程达400Km400Km，重量在，重量在128Kg128Kg，已经超越美日等国的电池汽车水平。，已经超越美日等国的电池汽车水平。 纳米纳米电池 微生物电池是用微生物的代谢产物，做电极活性物质，微生物电池是用微生物的代谢产物，做电极活性物质，从而获取电能。从而获取电能。2121世纪是人类飞向宇宙的时

54、代，在宇宙飞世纪是人类飞向宇宙的时代，在宇宙飞船这样的封闭系统中，排泄物的处理是必须解决的问题。船这样的封闭系统中，排泄物的处理是必须解决的问题。美国宇宙航行局设计了一种一举两得的解决方案：用一种美国宇宙航行局设计了一种一举两得的解决方案：用一种芽抱杆菌处理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作芽抱杆菌处理尿，使尿酸分解而生成尿素，在尿素酶的作用下分解尿素产生氨。氨用做电极活性物质，在铂电极上用下分解尿素产生氨。氨用做电极活性物质，在铂电极上产生电极反响，组成了翱翔太空的理想的微生物电池。在产生电极反响，组成了翱翔太空的理想的微生物电池。在宇航条件下，每人每天如果排出宇航条件下，每人每天如果排

55、出22g22g尿，就能够获得尿，就能够获得47W47W的的电力。电力。 微生物微生物电池更多地向太阳索取更多地向太阳索取- -太阳能的利用太阳能的利用 了解太阳能 太阳能即太阳辐射，是太阳内部连续不断的核聚变反响过程产生的能量。可分为三个区：紫外区、可见光区和红外区。 太阳能的利用方式 太阳能电池板太阳能电池板国际空间站展开新太国际空间站展开新太阳能电池板阳能电池板德国建立最大的太阳能发电站德国建立最大的太阳能发电站 一种典型的太阳能电池是单晶硅太阳能电池。一种典型的太阳能电池是单晶硅太阳能电池。19541954年最先出年最先出现的这种太阳能电池，能把接受到的太阳能的现的这种太阳能电池，能把接

56、受到的太阳能的6 6转换成电能，转换成电能，接近蒸汽机的效率。目前的转换效率已达接近蒸汽机的效率。目前的转换效率已达1818。 单晶硅太阳能电池的性能稳定，转换效率高，体积小，重量单晶硅太阳能电池的性能稳定，转换效率高，体积小，重量轻，很适合作太空航天器上的电源。目前，美国发射的近千颗轻，很适合作太空航天器上的电源。目前，美国发射的近千颗卫星中，有卫星中，有9595都采用单晶硅太阳能电池作为能源。可是单晶都采用单晶硅太阳能电池作为能源。可是单晶硅太阳能电池制作本钱高，价格昂贵，很难普及。硅太阳能电池制作本钱高，价格昂贵，很难普及。 19751975年以后，无定型半导体材料开展起来，它有希望成为

57、比年以后，无定型半导体材料开展起来，它有希望成为比单晶硅更理想的太阳能电池材料。如美国能量转换公司制成了单晶硅更理想的太阳能电池材料。如美国能量转换公司制成了一种硅一种硅氟氟氢无定形合金半导体，用这种材料做成太阳能电氢无定形合金半导体，用这种材料做成太阳能电池，既有单晶硅电池工作性能稳定、转换效率高的优点，又有池，既有单晶硅电池工作性能稳定、转换效率高的优点，又有无定形硅本钱低的长处。它们转换效率最高可以到达无定形硅本钱低的长处。它们转换效率最高可以到达2525。因。因它发出的电价格廉价，和火力发电价格不相上下，为太阳能电它发出的电价格廉价，和火力发电价格不相上下，为太阳能电池的地面应用展示了

58、光明的前景。池的地面应用展示了光明的前景。 开展太阳能光电池开展太阳能光电池 太阳能的利用方式太阳能热水器太阳能热水器 利用几千块平面镜能把太阳光反射到巨大的聚焦镜上，再将光聚焦到太阳灶的工作区域，利用焦点处产生的高温来发电和作其他用途。我国西藏拉萨市有“日光城之称，根据这个原理，在许多宾馆、机关单位屋顶上都有这种小型“太阳灶。一个小型“太阳灶便能根本保证家庭或宾馆的供热需求。这种方法在日光充足的地方可用。在日光照射不稳定的地方实用价值不高。 建立太阳能聚光器建立太阳能聚光器 科学家们发现，某些化学物质受日光的照射后能吸收科学家们发现，某些化学物质受日光的照射后能吸收光能而暂时改变化合物本身化

59、学结构，在一定条件下，它光能而暂时改变化合物本身化学结构，在一定条件下，它又能放出热量而回复到原来的结构。这种储能材料的发现又能放出热量而回复到原来的结构。这种储能材料的发现比在屋顶安装集热器，用加热水的方法来取暖更先进得多比在屋顶安装集热器，用加热水的方法来取暖更先进得多了。只是目前储能材料的储能指标还不高，所以还不能大了。只是目前储能材料的储能指标还不高，所以还不能大规模推广应用。规模推广应用。 开展收集太阳能的储能材料开展收集太阳能的储能材料 第一次海湾战争期间，由于海湾地区的高温和阳光照射，使舰船甲板外表温度到达60C以上。持续高温使美军参战官兵消耗极大，美军即紧急要求国内提供降温服装

60、，Triangle公司很快研究制成了一种含有相变材料大胶囊的茄克，局部解决了甲板士兵的降温问题。这种茄克经过改进于2001年用于海军陆战队的三防服。该茄克可在40C的气温下保持服内舒适达12小时，并且很容易再生，有效延长了美军作战部队在酷热条件下的战地值勤时间。美国军方还利用该原理制成了温度调节织物，在海军低温干式潜水服、空军防寒抗浸服、防红外隐身服装和陆军士兵保温靴袜等方面使用，具有良好的保温或降温效果。 你知道吗？ 人造能源湖的故事人造能源湖的故事 大约大约19世纪末，罗马尼亚特兰西瓦地区的一名医生发现，该地的小湖一到冬天，世纪末，罗马尼亚特兰西瓦地区的一名医生发现，该地的小湖一到冬天，湖