第五章 资源、能源及其利用

1. 第五章 资源、能源及其利用

2. 学习方法建议：以自学为主 • 地球上的资源 • 地球上的能源 • 能量及其转化 • 原材料的开发利用

3. [ 第一节知识点分析 ] • 自然资源的概念和类型 • 资源问题 • 土地资源和水资源的特征和现状

4. 自然资源的概念和类型 • 1、概念： • 自然环境的组成部分 • 可利用的部分 • 其范围随着人类利用能力的增强而扩大

5. 2、类型 自然要素分类： 土地资源、水资源、生物资源、矿产资源 再生性质分类： 不可更新的资源（矿产） 可更新的资源（水、森林、土壤） 永可更新的资源（太阳能、风能）

6. 资源问题 • 1、两层含义： • 可再生资源被强烈破坏和过度利用，再生速 度和能力逐渐降低，导致环境质量下降 • 不可再生资源随着人类工业活动的不断加强， 变得越来越少

7. 2、造成原因 是资源供需方面的两种“不平衡”造成的 第一种：是人类发展对自然资源的总需求和 地球能够提供的自然资源总量之间 第二种：是资源供需上的地区不平衡

8. 土地资源和水资源 以特征和现状为主 • 1、土地资源 • 具有双重属性的独特资源 • 既有自然因素的一面，也越来越爱到社会经济因素的影响。

9. 基本特征： • 具有生产能力 • 数量有限 • 具有时间性（季节性） • 有固定的空间和地域 • 我国土地资源的特点 • 土地类型多样 • 可利用土地相对数量少 • 各类土地资源分布极不均衡

10. 2、水资源 • 基本特征： • 淡水资源所占比例小 • 水资源是可再生的自然资源 • 水资源与人类关系最密切

11. 我国水资源的特点： • 用水需求与水资源状况之间存在许多矛盾 • 总量丰富，但人均数量少 • 空间分布不均匀 • 时间上分配不均

12. [ 第二节知识点分析 ] • 能源问题及分类 • 几种能源

13. 能源问题及分类 1、能源问题 一方面：面临着能源的日益短缺 另一方面：对能源的需要不断增长，且要解决污染问题 解决方法： 开源：用再生资源和原子核能代替矿产能源 节流：节约能源，特别重视节约矿物燃料 提高利用率 控制人口增长

14. 2、能源分类 再生能源和非再生能源 常规能源和新能源 第一、第二、第三能源 一次能源 二次能源 （教材P317-318，表5-6、7、8）

15. 几种能源 煤、石油、天然气、核能等均是来自地球的能源 1、煤 主要问题：供应不足、使用浪费、造成污染 合理使用途径： 干馏： 气化：得到无公害的煤气（脱硫、脱氮、除尘等） 液化：人造石油 高温干馏（9000C）：得到焦炭、煤焦油、焦炉气 低温干馏（6000C）：得到焦油

16. 2、石油和天然气 石油成分：各种碳氢化合物（烷烃、环烷烃和芳香烃） 石油炼制： 分馏：原理：按沸点不同在分馏塔的不同部位出口 产物：汽油、煤油和轻柴油 裂化和裂解：目的不同 提高汽油的产量和质量 （5000C以下）得到石油化工原料 重整：改变汽油成分，提高汽油质量

17. 3、核能 裂变：重原子核分裂成两个中等质量的原子核 聚变：两个氢原子核聚合成一个较重的原子核

18. 4、太阳能（来自地球以外的能源） • 太阳能利用 • 将太阳能转化为内能：太阳能热水器等 • 将太阳能直接转化为电能：太阳能电池 • 将太阳能转化为生物能：光合作用 • 是再生资源 • 优点: 能量很大 • 没有污染 • 缺点： 受昼夜和天气影响 • 目前利用成本高

19. [ 第三节知识点分析 ] • 氧化作用 • 机械能、内能及其转化 • 热力学第一定律 • 电功、功率及代谢率 • 电流的效应及能的转化和守恒定律

20. 氧化作用 • 剧烈氧化、缓慢氧化和生物氧化 • 从能量转化角度来理解： • 剧烈氧化（爆炸、燃烧）：反应速度快，化学能转化成大 量的光和热 • 缓慢氧化（自燃）：反应速度慢，化学能转化成热 • 生物氧化：属缓慢氧化（有酶参与）

21. 理解机械能、内能、电能及其它们之间的转化 • 机械能 • 动能、重力势能和弹性势能（相互转化） • 机械能转化和守恒定律——在重力势能和动能相 • 互转化过程中，总机械能不变

22. 动能：物体由于运动反映出它做功的本领 EK = 1/2 mv02 质量跟它的速度平方的乘积的一半 势能（重力势能）：物体因为相对于地球的位置而具有的能 EP = GH = mgh 等于物体的质量、重力加速度跟它的高度的乘积 当物体自由下落时，势能转化为动能

23. 内能 • 分子动能和分子势能 • 温度影响分子动能、体积影响分子势能 • 内能是物体固有的属性 • 改变内能的方法： 做功：钻头钻孔、活塞压缩空气、电流通过电阻丝 热传递：灼热的火炉、 • 内能的表示： 做功的大小、热量的交换 • 对系统做功或对系统传递热量，系统内能增加； • 系统对外做功或向外界传递热量，系统内能减少

24. 热力学第一定律 定义：包括热现象在内的能量守恒与转换定律 内容：系统由外界吸收的热量，一部分使系统 的内能增加，另一部分是系统对外作功 Q = （E2 - E1 ） + W

25. 电功、功率及代谢率 功 率：P = W / t (焦耳 / 秒 瓦特) 代谢率：N = W / t （动物） 电功: W = U I t (焦耳、伏特、安培、秒） 电功率：P = W / t = U I = I 2 R

26. 例：人体一般每消耗 1 升氧平均释放 2.0104 焦耳 能量,如果某人步行上班,每分钟呼出全部气体 中含氧0.6升,试计算某人步行时的代谢率. 解: 第一步 求出某人1分钟放出的能量 0.6×2.0 × 104 焦耳 第二步 求代谢率 N = W / t = 0.6×2.0 × 104 / 60 = 200 瓦特

27. 电流的效应 1、热效应 电流通过金属导体产生热量，电能转化为内能 （电灯、电烙铁、电热水器等） 焦耳—愣次定律：Q = I 2Rt （焦耳、安培、欧姆、秒）

28. 例：一台提升重物用的电动机，其线圈电阻r为例：一台提升重物用的电动机，其线圈电阻r为 2欧姆，如果电动机输入电流为10安培，问 电动机的发热功率为多少？3分钟内产生多 少热量？ 解：第一步 求线圈发热功率 P P = I 2 r = 10 2×2 = 200 瓦特 第二步 求热量 Q = I 2 r t = 10 2× 2 × 3 × 60 = 36000 焦耳

29. 2、电能的化学效应 电能转为化学能 （电解食盐水制取氯气和氢氧化钠、电筹、电镀、电冶） 3、电能的磁效应： 电能转化为磁场

30. [ 第四节知识点分析 ] • 无机物原材料 • 金属材料 • 合成高分子材料

31. 无机物原材料 1、合成氨工业 重点： 结合合成氨工业反应搞清影响化学反应速度的因素和化学平衡原理

32. 5 0 0 0 C，3×10 7 Pa 催化剂 N2+3H2 2NH2 + 92.3 J （可逆反应） 如何使合成氨的产率较高？

33. 影响化学反应速度的因素： 升高温度、增加压强、催化剂 • 影响化学反应平衡的因素 • 提高温度和加催化剂：缩短氨的平衡时间 • 达到平衡时，催化剂对平衡产率没有影响 • 温度升高：平衡向吸热方向移动 • 提高压强，平衡向体积减小的方向移动

34. 合成氨最适条件的分析： 从速度考虑要采取高温、高压 从平衡原理考虑要采取低温、高压 提高压力，有利于加快反应速度和提高氨的平衡产率。 但要考虑设备的而压和成本。 提高温度，有利于缩短氨的平衡时间但降低产出率； 选择催化剂最适合的温度 500 0 C

35. 2、电解食盐水 重点：电极反应和电解产物 • 电解过程自习 • 两极上分别发生的氧化、还原反应 • 阴极： 2H+ + 2e = H2 ↑（还原） • 阳极： 2Cl- + 2e = Cl2 ↑（氧化）

36. 金属材料 1、铁 重点：铁的化学性质和钢铁冶炼的主 要原理

37. 化学性质 • 铁元素在化合物中显示的化合价为+ 2或+ 3 • （FeO Fe2 O3） • 炼铁的主要原理 • 利用CO的还原氧化铁，炼得生铁 • Fe2 O3 + CO = 2Fe + 3 CO2 • 炼钢的主要原理 • 用 O2氧化生铁中的一部分碳及硫磷等杂质，炼得碳钢

38. 2、铝 重点：铝的性质和用途 主要性质： 优良的导体、传热性、延展性、对光的反向性 用途： 制造电线、炊具、门窗、飞机、汽车等

39. 3、金属腐蚀及其防护 • 原因： • 化学腐蚀：直接发生化学反应而引起的 • 电化学腐蚀：发生原电池反应而引起的 • 防护方法： • 覆盖保护层 • 改变金属结构 • 电化学保护

40. 合成高分子材料 塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯 （聚乙烯可制成食用塑料） 合成纤维：聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯晴纤维 合成橡胶：

41. 课 后 小 结

42. 第一节：地球上的资源 资源的分类（按再生性质分类） 第二节：地球上的能源： 能源的分类 太阳能的优缺点

43. 第三节：能量及其转化 机械能、内能 电功、功率、电能等计算 第四节：原材料的开发利用 合成氨的反应条件 金属的腐蚀与防护

44. 作业： P374 ，D 1，5，20，21，45，46