能源消费水平的高低，是衡量一个国家在一定时期内经济技术发展水平的重要标志。

第九章 能源化学能源消费水平的高低，是衡量一个国家在一定时期内经济技术发展水平的重要标志。

9.1能源概述 9.2 常规能源 9.3新能源 9.4化学电池

9.1能源概述 能源是指能够转换成热能、光能、电磁能、机械能、化学能等各种能量形式的资源。能源的形式有多种，如燃料、核能、太阳能、水力、地热、风能、潮汐能等等。能源的分类很多: 一次能源；二次能源。常规能源；新能源。

风能

新疆羊八井地热

9.2 常规能源 9.2.1煤炭 1.煤的发热量：单位质量的煤完全燃烧所能使放出的最大热量。衡量燃料作为能源的一个指标。通常煤完全燃烧所能放出的发热量为30kJ·g-1 缺点: a.固体燃料，燃烧速率慢，利用效率低，运输不变。 b.燃烧时产生有毒气体(SO2， SO3，CO)，污染大气。

褐煤是质地最差、发热量最低的一类煤，但它可以提炼成焦炭、煤焦油和焦炉气却是极好的化工原料。塑料和染料就是的褐煤“作品”。褐煤是质地最差、发热量最低的一类煤，但它可以提炼成焦炭、煤焦油和焦炉气却是极好的化工原料。塑料和染料就是的褐煤“作品”。

2.煤的气化： C(s) + H2O (g) = CO (g) + H2(g)； ΔHθm ( 298.15K ) = 131.3kJ.mol-1 C (s) + O2 (g) = CO2 (g) ΔHθm (298.15K) = - 393.5kJ.mol-1 CO (g) + H2 (g) = CH4 (g) + H2O (l) ΔHθm (298.15K) = - 250.2kJ.mol-1 人工合成天然气

3.煤的液化：通过化学反应改变煤炭中的碳氢比例，3.煤的液化：通过化学反应改变煤炭中的碳氢比例，使煤变成较轻的液态碳氢化合物。 (1) 直接液化法：将煤在高温，高压和催化剂存在下加氢液化的方法。　　　 (2) 间接液化法：先将煤气化，然后再合成液体燃料的方法。在101.325Pa ，200oC，催化剂存在下： 6CO + 13H2 = C6H14 + 6H2O 8CO + 17H2 = C8H18 + 8H2O 8CO + 4H2 = C4H8 + 4CO2

9.2.2石油和天然气 1.石油：多种碳氢化合物的混合物。既是优良的燃料也是重要的化工原料。原油脱水脱盐分馏精制汽油中最有代表性的是辛烷C8H18 催化裂解： C16H34 C8H18 + C8H16 十六烷辛烷辛烯

分流塔示意图

石油钻井平台

2.天然气：一种低分子量烃类混合物。 优制的气体燃料也是重要的化工原料。主要成分是甲烷。 CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (l) ΔHθm(298.15K) = - 890 kJ.mol-1

9.3新能源 9.3.1核能核能是原子核结构发生变化时放出的能量，核能是一种优质能源，能量密度大，便于存储和运输。核能分为核裂变能与核聚变能。 △E =△m · c2 爱因斯坦公式 △E：表示系统能量改变量； △m：表示系统质量改变量； c：表示光速( 3108 m ·s-1 )。

天然放射性辐射

1. 核裂变能 ______ 在中子(10n)轰击下使较重的原子核分裂成较轻的原子核的反应所放出的能量。核裂变反应是目前所有运转的核电站的基础。裂变产物非常复杂，已知至少有35种元素（从 30Zn 到 64Gd）。 1g U-235 放出的能量为 8107 kJ 核裂变产物大多具有放射性。

中子诱发裂变形成链式反应

核电站工作原理示意图

原子弹构造示意图

2. 核聚变能 ______ 轻原子核在异常高的温度下（约108 C）聚合成较重原子核时，放出的巨大能量。核聚变能比核裂变能威力大的多,它是一种最理想的清洁能源，是开发核能的主攻方向。核聚变产物不是放射性的。

9.3.2太阳能 核聚变能太阳能的利用： 1.光__热转换：通过聚光器或集热器将太阳辐射能直接转换成热能。 2.光__电转换：利用太阳能光电池的半导体效应将太阳辐射能直接转换为直流电。 3.光__化学转换：利用太阳光能将CO2和H2O转换成碳水化合物和O2。

卫星升空后太阳照射在卫星的太阳能电池上，太阳能代替蓄电池成为永不枯竭的能源。卫星升空后太阳照射在卫星的太阳能电池上，太阳能代替蓄电池成为永不枯竭的能源。

哈勃太空望远镜

9.3.3氢能 氢能是指以氢作为燃料时释放出来的热能。 1. 氢气的制取 (1)电解法：借助电能使水分解产生氢气。 (2)光催化分解法：使用半导体为基础的催化体系，利用太阳光直接分解水。 (3)光合作用：借助某些特殊植物，利用光合作用将水转变为氢。

(200 - 300)KPa LaNi5 + 3H2 LaNi5H6 微热 2. 氢气的储存氢气的密度很低，运输和储存较为不易，目前最理想的储氢方法是利用金属氢化物。 3. 氢气的利用氢气燃烧温度高，燃烧纯净，是一种优良的燃料，同时可利用氢氧燃料电池将氢能转化为电能使用。

9.4化学电池 化学电池是以氧化剂作正极, 还原剂作负极, 在一定介质条件下,利用自发进行的氧化—还原反应, 将化学能直接转变为电能的装置。

9.4.1 化学电池的分类 一次电池（原电池）二次电池（充电电池）燃料电池 1. 一次电池活性物质放电后不能再生、充电的电池。根据电解质类型分为酸性和碱性两类。

(1)酸性锌锰干电池 (-) Zn | ZnCl2, NH4Cl(糊状) | MnO2 | C (+) (2)碱性锌锰干电池

绝缘体 钢套的锌壳多孔隔离物 Hg (或汞齐) Zn(OH)2 和HgO在KOH 溶液中的糊状物 • (3)锌汞电池 • (-) Zn (Hg) | KOH(糊状,含饱和ZnO) • | HgO | Hg(+)

密封接线柱 封接口阴极材料阳极栅网不锈钢外壳 (4) 锂碘电池 (-) Li | LiI | I2(不锈钢)(+)

2. 二次电池 活性物质具有充放电可逆性,放电使用完可充电再生，循环使用。

(1)铅蓄电池 (-) Pb | H2SO4(1.25~1.30g·cm-3) | PbO2 (+)

(2)镍氢电池(-) C | H2 | KOH | NiOOH (+) (3)钠硫电池 (-) Na | β—Al2O3 | S+Na2Sx | C (+)

3.燃料电池 把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能。能量转化率实际约为80%。正极（空气极）氧化剂：氧气，空气组成负极（燃料极）还原剂：氢气，甲烷，煤气，天然气电解质溶液

(-) C | H2 | KOH(aq) | O2 | C (+) 氢氧燃料电池示意图

本章结束

能源消费水平的高低，是衡量一个国家在一定时期内经济技术发展水平的重要标志。

能源消费水平的高低，是衡量一个国家在一定时期内经济技术发展水平的重要标志。

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