大学化学第04章-能源化学基础.ppt

现代大学化学ModernCollegeChemistry第4章能源化学基础Chapter4Energy1Cal4.184J4.1.2.3能量转换及其效率将一种能量转换为另一种形态的能量称为能量的转换。能量转换与守恒定律能量形态A能量形态B热能损耗。热力学第一定律ΔUQW能量转换的效率能量转换的效率较低，通常在1555之间。不同形态能量之间的转换效率见表5.1.,表4.1不同形态能量之间的转换效率,因此，开发、研制高效率的能量转换技术和设备也是十分有意义的工作。,4.1.3我国的能源状况与危机4.1.3.1我国当前的非再生能源状况油田玉门油田；大庆油田、辽河油田、中原油田；胜利油田、江苏油田等的状况；目前60依靠进口；煤矿储量占世界第三，产量占世界第一；天然气正在开发利用中。4.1.3.2我国可再生能源的利用状况太阳能（发电，热水）低，但正逐步提高风能（发电）、地热能、潮汐能，等低麦秸杆（发电，饲料，发酵）低4.1.3.3美国、日本等国的储能计划,,,图5.2已探明的世界石油储量与年产量之比R,4.2化石燃料煤碳、石油与天然气4.2.1燃烧热的定义与常见燃料的热值4.2.1.1燃烧热的定义定义标准状态下，单位质量的燃料完全燃烧后所释放出来的热量称为该物质的热值或燃烧热。记为cH，单位为kJ/mol或kJ/g。标准状态指定温度T和标准大气压（用上标表示）单位质量体积1g物质、1mol物质或1m3气态物质。完全燃烧CCO2g;SSO2g；NN2g；HH2Ol；ClHClaq已知反应2H2gO2g2H2Og，H-483.6kJ问H是H2g的燃烧热cH吗为什么,4.2.2煤炭4.2.2.1煤的形成煤是由古代植物经地壳变迁而积压地下，在高温高压的条件下经长期转化得到的。其过程为植物残骸腐殖质泥煤褐煤烟煤无烟煤,4.2.1.2常见燃料的燃烧热表4.2常见燃料的热值（kJ/g）,4.2.2.2煤的分类煤可根据其在燃烧过程中发烟与否分为烟煤和无烟煤。4.2.2.3煤化工煤中含有S、N、O、Si、Ca、Mg等杂质，影响其使用。以煤为原料，在一定的条件下生产、加工而获得其它化工原料、产品的工业称为煤化工。,,煤焦化隔绝空气时加热,焦炉气（H2,CO,CO2,CH4,C2H4,NH3,苯,H2S等）煤焦油（单环芳烃、稠环芳烃、沥青，等）焦炭（用于冶金、电石，等）,煤气化供氧不足时加热,,水煤气（用做燃料，用于化肥工业，纯碱工业）人造煤气（用做燃料）,煤的液化人造石油，通过加热、裂解、催化加氢等步骤，可得到多种烃类物质。,4.2.3石油与天然气4.2.3.1石油与天然气的形成石油与天然气是古代海洋中的生物由于地壳运动而沉积于地层中，在高温高压的条件下经长期作用而生成的产物。如图4.14.2.3.2石油与天然气的组成,,石油,烃类,非烃类（硫化氢;硫醇;硫醚;噻酚,吡啶,吡咯类,等）,,气态烃（石油气，C1C4低沸点组分）,液态烃,固态烃（C36；凡士林，蜡，沥青，等）,,汽油（C5C11正构烷烃，50,000,000℃）；目前太阳上正在进行的是氢聚变成氦的反应，氢消耗到一定程度后进行HHeLi；HeHeC；等的反应，聚变所需要的温度也越来越高。如果星球质量（进而吸引力和压力）足够大，温度就足够高，最终会引发生成Fe的聚变，反应终止。星球变为白矮星（所在的位置称为黑洞）。,4.5可再生能源的利用不随人类的利用而明显减少的能源称为可再生能源。常见的可再生能源有太阳能，风能，水力能，潮汐能和地热能等。4.5.1太阳能太阳每秒钟辐射到地球上的能量相当于106107吨标准煤的能量，相当于全世界能耗的1万倍，是真正的绿色能源。目前人类所使用的矿物燃料均来源于太阳亿万年来的奉献。太阳能的利用包括太阳能电池、太阳炉等许多方面。,4.5.2风能的利用,4.5.3氢能4.5.3.1氢能的特点氢的燃烧热为143kJ/g,是汽油的3.25倍,是标准煤的4.77倍。是自然界中热值最高的燃料。氢的燃烧产物为H2O，无废气、无烟尘，是自然界中最清洁的燃料。自然界中含有大量的水（H2O），氢是自然界中含量最丰富的物质之一，是自然界中含量最高的潜在能源。氢的燃烧对温度、压力的依赖性小，可用于更加恶劣（如极地低温）的工作环境。,4.5.3.2氢的制备大气中几乎不含游离的氢，需通过一定的制备方法方能得到，因此，氢为二次能源。目前人们提出的制氢方法有电解水法2H2Ol2H2gO2g高温2000℃热裂法2H2Ol2H2gO2g催化热解法。4.5.3.3氢的贮存在室温下，在40L、150atm的钢瓶里只能贮存约0.5kg的氢。储氢合金具有良好的应用前景。,4.5.4生物质能绿色植物在叶绿素的作用下，将太阳能转化为化学能而储存在植物的根、茎、叶中。植物的根、茎、叶中储存的能量称为生物质能。生物质能是可再生能源。生物质能潜力大、种类多、来源广。有木材和森林工业废弃物、农业废弃物、水生植物、可燃生活垃圾，等。生物质能的应用方法有直接燃烧法如焚烧麦秸杆（取暖、做饭、发电）；深加工法将生物质材料压制成成型燃料，提高使用的便利性和燃烧效率；热化学转换法在高温绝氧的条件下，获得木炭、焦油和燃气；生化转换法如通过发酵生成沼气、酒精等。,EndofChapter4,图5.1石油、天然气在地层中的分布,分馏装置示意图,精馏塔的结构与外形,炼油厂一角,图5.2稳定核的AP（或NP）关系,