普通化學(xué)第二版課件 教學(xué)課件 ppt 作者 陳東旭 吳衛(wèi)東 主編 胡莉蓉 副主編10第十章化學(xué)與能源

1、普通化學(xué),化學(xué)工業(yè)出版社,課件制作：湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 胡莉蓉,第十章 化學(xué)與能源,學(xué)習(xí)目標(biāo)：1．了解能源的分類；2．了解煤炭資源的綜合利用及石油、天然氣的用途及石油煉制的常用方法；3．了解核能與化學(xué)電池的有關(guān)知識(shí)；4．了解太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、綠色電池、氫能等新能源的開(kāi)發(fā)利用。,學(xué)習(xí)內(nèi)容,第一節(jié) 煤、石油、天然氣,第二節(jié)　核能與化學(xué)電源,第三節(jié)　新能源的開(kāi)發(fā)與利用,況,能源是指能夠轉(zhuǎn)換成熱能、光能、電磁能、機(jī)械能、化學(xué)能等各

2、種能量形式的自然資源。,形,條,成,件,按,用,利,技,術(shù),狀,,分類,第一節(jié) 煤、石油、天然氣,一、煤炭資源及其綜合利用,（一）煤的種類及煤碳資源,1. 煤的種類,煤是古代植物經(jīng)過(guò)極其復(fù)雜的物理化學(xué)變化而形成的。按炭化程度的不同，可將煤分為泥煤、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤四大類。,泥煤：棕褐色，炭化程度最低，在結(jié)構(gòu)上還保留有植物遺體的痕跡，由于它質(zhì)地疏松，吸水性很強(qiáng)，一般含水分40%以上，含碳量低于70%。工業(yè)價(jià)值不大，可用作鍋爐燃

3、料和氣化原料。,褐煤：一般為褐色或黑褐色，合碳量在70一78％之間，揮發(fā)分較高，在大氣中易風(fēng)化破碎，易氧化自燃。一班不宜于遠(yuǎn)地運(yùn)輸和長(zhǎng)久貯存。,無(wú)煙煤：灰黑色，有金屬光澤，致密、堅(jiān)硬，揮發(fā)分少，吸水性也小， 灰分和硫分都比較低，炭化程度高，合碳總量一股在85％以上，發(fā)熱值也最大。,煙煤：黑色，與褐煤相比，揮發(fā)分較少，吸水性較小，合碳量在78—85％之間。由于它有一定的粘結(jié)性能，適宜于煉焦。焦是冶金工業(yè)、動(dòng)力工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的重要原料和燃料

4、。,2.煤碳資源,預(yù)測(cè)煤炭資源儲(chǔ)量前蘇聯(lián)最多，美國(guó)次之，我國(guó)為第三，三者之和占全球煤資源的90%。煤炭是天然賦存的可燃礦巖，全世界儲(chǔ)量達(dá)135000億噸，占天然蘊(yùn)藏能源物質(zhì)可供給量的45%～55%。我國(guó)是煤炭資源大國(guó)，1989年的探明儲(chǔ)量為8700億噸，主要分布在華北和西北。我國(guó)的煤產(chǎn)量居世界首位，1990年的產(chǎn)量為10.4億噸。,（二）煤的主要成分,煤是由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組成的一種混合物，以有機(jī)物為主。,碳：是煤的主要可燃元素，

5、煤的碳化程度越高，它的含碳量越多。,氫：也是煤的主要可燃元素。其發(fā)熱值為碳的三倍。和C、S、P結(jié)合的H可以燃燒，這種氫叫做“有效氫”；和O結(jié)合生成H2O的氫叫做“化合氫”，不能燃燒。,水分：隨煤的碳化程度不同而異，一般泥煤含水分最多，褐煤次之，無(wú)煙煤最少。（一般低于5%）。水分在煤燃燒時(shí)會(huì)帶走熱量，相當(dāng)于帶走煤的可燃質(zhì)（可燃成分）。,揮發(fā)分：將煤隔絕空氣加熱，分解出來(lái)的特叫做揮發(fā)分。包括CO、CO2.H2.CH4.C2H4.H2O等。煤

6、中揮發(fā)分越多，開(kāi)始分解出揮發(fā)分的溫度就越低；煤的著火溫度也越低，燃燒就越快。,灰分：煤的灰分是指不能燃燒的礦物雜質(zhì)?；曳种兄饕煞质荢iO2。煤的灰分越多，其可燃成分越低，對(duì)煤的燃燒和氣化均不利?；曳诌_(dá)到40％的煤稱為劣質(zhì)煤。,煤炭中含有大量的環(huán)狀芳烴，煤是環(huán)芳烴的重要來(lái)源。,（三）煤的綜合利用,1. 煤的焦化,將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱，使它分解的過(guò)程叫做煤的焦化，也叫“煤的干餾”，工業(yè)上叫做煉焦。,煤,,干餾,焦炭+,煤焦油+,焦?fàn)t氣,固

7、體 液態(tài) 氣態(tài),焦炭：黑色堅(jiān)硬多孔性固體，主要成分是碳。它主要用于冶金工業(yè)，其中又以煉鋼為主，也可應(yīng)用于化工生產(chǎn)。,煤焦油：是黑褐色、油狀粘稠液體，成分十分復(fù)雜，目前以驗(yàn)明的有約500多種，其中有苯、酚、萘、蒽、菲等含芳香環(huán)的化臺(tái)物和吡啶、喹啉、噻吩等含雜環(huán)的化合物，它們是醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料等工業(yè)的重要原料。,焦?fàn)t氣：主要成分是H2.CH4.CO等熱值高的可燃性氣體，它們?nèi)紵奖?，可用作冶金工業(yè)燃

8、料和城市居民生活煤氣。此外，焦?fàn)t氣中還含有乙烯、苯、氮等。焦?fàn)t氣可用來(lái)合成氨、甲醇、塑料、合成纖維等。,,,,,,,,煤在氧氣不足的情況下進(jìn)行部分氧化，使煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w稱為煤的氣化。,2.煤的氣化,主要用作生活燃料，也可用作某些化工產(chǎn)品的原料氣。,主要反應(yīng),,,產(chǎn)物CO+H2稱為水煤氣，含40%CO、50%H2，其他是CO2.N2.CH4等。CO和H2燃燒時(shí)可放出大量的熱。它的最大缺點(diǎn)是CO有毒。,3.煤的液化,煤炭液化油也

9、叫人造石油。煤的液化是指煤催化加氫液化，提高煤中的含氫量，使燃燒時(shí)放出的熱量大大增加而且減少煤直接利用所造成的環(huán)境污染問(wèn)題。,煤的液化法：直接液化法、間接液化法。,直接液化法：將煤裂解成較小的分子，再催化加氫而得到煤炭液化他的方法。間接液化法：將煤先氣化得到CO、H2等氣體小分子，然后在一定溫度、壓力和催化劑作用下合成多種直鏈的烷烴、烯烴等，從而制得汽油、柴油和液化石油氣的方法。,二、石油,工業(yè)的“血液”,（一）石油的性質(zhì)和成分,石

10、油是遠(yuǎn)古時(shí)代海洋或湖泊中的動(dòng)植物的遺體在海洋條件作用下經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的復(fù)雜變化而逐步分解形成一種粘稠的液體。,原油：從油田開(kāi)采出的石油，是一種黑褐色或深棕色的液體，常用綠色或藍(lán)色熒光。有特殊氣味，比水輕，不溶于水。,成分：石油主要含碳和氫兩種元素，還含有少量的硫、氧、氮等。組成復(fù)雜，主要是由各種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴所組成的復(fù)雜混和物,（二）石油的煉制,1.分餾,分餾：將原油用蒸溜的方法分離成為不同沸點(diǎn)范圍的蒸餾產(chǎn)物的過(guò)程。,根據(jù)壓力不同可分為

11、常壓分餾和減壓分餾。,得到汽油、煤油、柴油等多種石油產(chǎn)品,2.裂化,裂化：將碳鏈較長(zhǎng)的重質(zhì)油在高溫和隔絕空氣加強(qiáng)熱的條件下發(fā)生分解而成為碳原子數(shù)較少的輕質(zhì)油的過(guò)程。,裂化分成熱裂化和催化裂化。,3.催化重整,催化重整：將汽油通過(guò)催化劑，在一定的溫度和壓力下進(jìn)行結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，其直鏈烴轉(zhuǎn)化為帶支鏈的異構(gòu)體的過(guò)程稱催化重整。,產(chǎn)物：支鏈烷烴、芳烴,三、天然氣,天然氣是蘊(yùn)藏在地層中的可燃性氣體,主要成分是甲烷，其含量可達(dá)80～90%，另外還含

12、有少量的乙烷和丙烷。,天然氣是最“清潔”的燃料，燃燒產(chǎn)物為無(wú)毒的二氧化碳和水，而且燃燒值和發(fā)熱量高，約為煤的兩倍；是制造炭黑、合成氨、甲醇等化工產(chǎn)品的重要原料。,用途,我國(guó)四川、新疆是世界上著名的天然氣產(chǎn)地。,產(chǎn)地,第二節(jié) 核能與化學(xué)電源,一、核能,核反應(yīng)：能實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的反應(yīng)叫做核反應(yīng)，分為核衰變、核裂變、核聚變。,核能：核反應(yīng)過(guò)程中由于原子核的變化，會(huì)伴隨著巨大的能量變化，這就是核能，又稱原子能。,世界上第一座核電站于1954

13、年在前蘇聯(lián)建成，功率5000kW。目前大約有400多座核電站在運(yùn)行中。我國(guó)中目前有大亞灣和秦山核電站。,應(yīng)用：核能發(fā)電,二、化學(xué)電源,把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，統(tǒng)稱為化學(xué)電池或化學(xué)電源。,例：收音機(jī)、手電筒、照相機(jī)上用的干電池；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用的蓄電池；鐘表上用的鈕扣電池 等,第三節(jié)　新能源的開(kāi)發(fā)與利用,新能源一般是指太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能等。共同特點(diǎn)：資源豐富，可以再生，沒(méi)有污染。,太陽(yáng)能是指由太陽(yáng)發(fā)射出來(lái)并

14、由地球表面接受的輻射能。,一、太陽(yáng)能,利用方式：光-熱轉(zhuǎn)化和光-電轉(zhuǎn)化,光-熱轉(zhuǎn)化：是通過(guò)集熱器(即太陽(yáng)能熱水器)進(jìn)行的。,光-電轉(zhuǎn)化：是通過(guò)太陽(yáng)能電池進(jìn)行的。吸收太陽(yáng)光中的光子使電子按一定方向流動(dòng)而形成電流。,二、生物質(zhì)能,生物質(zhì)能是指由太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化并以化學(xué)能形式貯藏在生物質(zhì)中的能量。,本質(zhì)：是由綠色植物通過(guò)光合作用將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化成糖類而形成的。,直接燃燒,利用途徑：,熱量利用率很低，環(huán)境污染大,人工制取沼氣,最佳途徑之一,制取甲醚

15、、乙醇等干凈的液體燃料,高溫分解或發(fā)酵,三、綠色電池,特點(diǎn)：重量輕、體積小、貯存能量大、無(wú)污染,1.鋰離子電池負(fù)極由嵌入鋰離子的石墨層組成，正極由Li、Co、O2組成。優(yōu)點(diǎn)：體積小，比能量（質(zhì)量比能量）和密度高；單電池的輸出電壓高達(dá)4.2V；在600C左右仍能保持很好的電性能。,應(yīng)用：,便攜式攝像機(jī)、液晶電視機(jī)、移動(dòng)電話機(jī)和筆記本電腦等,2.鈉硫電池 以多晶陶瓷作固體電解質(zhì)，通過(guò)鈉和硫的一系列化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作

16、溫度低，原材料來(lái)源豐富，充分放電轉(zhuǎn)換效率高，無(wú)自放電現(xiàn)象。,車輛驅(qū)動(dòng)和電站貯能方面展現(xiàn)廣闊的發(fā)展前景。,應(yīng)用：,3.銀鋅電池 銀鋅電池是一種新型的蓄電池，具有電容量大，可大電流放電，又耐機(jī)械振動(dòng)的優(yōu)良性能。,用于宇宙航行、人造衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈和高空飛行。,應(yīng)用：,四、氫能,資源豐富：可以從水分解制得，地球上水資源豐富；燃燒熱值大：每千克氫燃燒能釋放出 7.09×104kJ的熱量，遠(yuǎn)大于煤、石油、天然氣等能源；無(wú)污染：燃燒