第二讲(能源）化学-向人类提供各种能源的使用方法.ppt

,化学向人类提供合理使用能源的各种方法,,,,一石油烃类化合物的混合物petroleumnaturalgas,,,烷烃alkane,烯烃alkene,炔烃（alkyne,methane,ethylene,ecetylene,crudeoil,石家庄炼油厂减压塔,,炼油厂,,,,,,,,,,,C1C4,40℃,PetroleumGas,石油气,,,,,,C5C7,40----95℃,Naphtha,石脑油,,C6---C11,80----200℃,Gasoline,汽油,,C10C16,145----245℃,Kerosene,煤油,,C14C18,200----365℃,DieselOil,柴油,常压分馏塔,加热原油,,重油,沸程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C16－C20润滑油Lubricant,C16－C20液固态凡士林Vaseline,C20－C30石蜡ParaffinWax,C30－C40沥青Asphaltum,减压分馏塔,汽油质量指标之一抗爆性能,爆震detonation,,,,,,,,内燃机气缸示意图,,,,,,,,原因1汽油中自燃点低的组分太多,自燃点顺序直链烃支链烃，环烷烃芳香烃,,,,原因2.有过氧化物形成,自燃点低的烃类化合物容易形成过氧化物,,怎样才能知道汽油的抗爆性呢,科技发展中的一条捷径相对比较法,相对比较法的步骤,1确立比较的基准辛烷值（octanenumbero.n.,自燃点最低的正庚烷223OC的o.n.为0自燃点较高的异辛烷418OC的o.n.为100（2，2，4三甲基戊烷）,,2未知样品与基准相比较后得到一个相对值,将汽油与正庚烷和异辛烷混成的溶液相比较，以对应的溶液中异辛烷百分比作为辛烷值。,3以相对值的高低作为性能比较的依据,辛烷值愈高，汽油的抗爆性能愈好,,如何提高汽油的辛烷值,从原因入手,原因1汽油中自燃点低的组分太多,,自燃点顺序直链烃支链烃，环烷烃芳香烃,1催化重整减少直链烃，增加支链,环状或芳香烃,,,提高辛烷值的方法,,,,,,,从原因入手,原因2爆震的真正原因是有过氧化物形成,2添加剂法抑制过氧化物的生成,过氧化物你别想出来,3组合剂法脱离汽油本身的一种思维,4催化裂化法同1,LPG,液化石油气LPG,经加压或冷却的液化石油气无色、无味、无毒、易燃、易爆。热值每公斤约１０７２０千卡。液化石油气气化后之重量约为空气的一点五倍，因此漏气时，易滞留在低处或角落。爆炸极限为1.89.5％。,,,,饱和蒸汽压和温度的关系,为什么摇一摇又有火了,打火机lighter,打火机的作用就是产生明火源。其由两部分组成，一个是燃料储存器，另一个是发火装置。它已经历经四代。,,,,打火机的沿革,何謂液化天然氣-LNG,液化天然气LiquefiedNaturalGas,简称LNG系为使天然气易于运输，而将天然气田生产之天然气，先经净化处理，再经一连串超低温摄氏零下162度予以液化。天然气经液化之后，体积约缩小为原来的1/625。,C1,石油枯竭以后怎么办难道要,石油枯竭之后别担心,FischerandTropsch（1926年）,,催化剂,汽油,,催化剂,“常压下由煤的气化产物合成汽油”,历史发展的螺旋式上升,C1Chemistry（一碳化学）,上世纪7080年代美国人倡导了化学领域里的研究新方向,煤资源的综合利用,如何获取能量,E1高能位,E2低能位,Δ＝E1E2,物理学家们首先要证实,不同的原子核所处的能位是否相同,然而，他们却搞不懂了●●●●●●●●●,,核物理学家们的困惑,一个质子的静质量＝1.00728amu1amu1.66X10-27kg,一个中子的静质量＝1.00867amu,二个质子加二个中子的静质量＝4.03190amu,氦原子核的静质量＝4.00150amu,,∆0.03040amu,质量亏损,以氦原子核为例,,Emc2Einstein质能转换公式）,,,,FF,获取核能的方法,裂变（fission）,聚变fusion,裂变的实现,1938年，德国科学家哈恩成功地把铀原子核打裂成两大块。此举震动了全球科学界。,,然而真正确立裂变概念的是她,梅特纳在1907年秋天从她的故乡维也纳来到柏林，加入了哈恩（OtioHahn）所在的柏林大学研究所工作。不久爆发了第一次世界大战，哈恩奔赴前线参战。她做了实实在在的化学实验，其结果是惊人的分离并发现了新的放射性元素镤Pa,91号元素.可是，这个伟大成果却是以哈恩为第一作者于1918年报道的，梅特纳只是哈恩的“助手“,1938年，有部分犹太血统的梅特纳从德国逃亡到荷兰，后进入挪威。一天，她和她的外甥弗里施（O.R.Frisch）一起研究哈恩寄来的信。信中描述了用中子作用于铀，发现产物中有钡的惊人事件。他们大胆地提出了一个物理学上的新概念裂变。并以通信的形式发表在1939年元月出版的自然杂志上。后来,梅特纳又用实验验证了裂变。,,作为核科学的先驱者的梅特纳之所以能有这样的成就，其原因之一是她既是物理学家又是化学家,她既利用物理又利用化学。,,有时候，化学显得那么重要,例如Segre本应当发现第一个超铀元素镎，如果他不是缺少足够的化学知识而把它错认作稀土元素的话；,无独有偶,Fermi本应该发现裂变，如果他的研究小组的化学分离技术不是这样糟糕的话。,,梅特纳终生未嫁。但她并非孤僻冷漠.她与许多科学家建立长期良好的关系。梅特纳深受德国纳粹法西斯的迫害，还受到某些物理学家的歧视。她确立了裂变的概念，但她一直拒绝参与研制核武器。,Nofair,,1944年，为了表彰哈恩于1938年首次用中子轰击铀使铀裂变，哈恩独自一人获得了诺贝尔奖金.,人们惊奇地发现,作为助手，与哈恩一起做裂变实验的斯特拉斯曼（Strassmann）却没有与之分享。更没有人为也曾是哈恩主要助手的梅特纳对裂变作出的贡献而呼吁，这个诺贝尔奖应当由哈恩、斯特拉斯曼和梅特纳共享,人们不会忘记这位伟大女性,1994年5月IUPAC（国际纯粹化学与应用化学联合会）通过一项决议，建议把第109号元素命名为Meitnerium，以纪念核物理学家LiseMeitner（莉泽梅特纳，1878－1968）。,,这位伟大女性度过了她曲折漫长而又充满歧视的90个春秋，在告别世间后，又过了四分之一个世纪才得到她应得的崇高荣誉。,,铀235裂变的可能反应,同位素,同位素Isotope,同一个元素因核内中子数不同而形成不同原子质量的现象。,氕pie氘dao氚chuan,,,,HDT,重水D2O,氢元素的三个同位素,{,92号元素铀（Uranium,自然界中铀元素有三个同位素U23899.28U2350.714U2340.006,238,,238,238,,238,238,235,,238,238,,中子,无法实现U235裂变的原因,1U235的百分含量太低,2U238要吸收中子,实现U235裂变的方法,1.浓缩U235,,气相扩散法UF6,离心分离法,,2.不让U238吸收中子降低中子的能量,石墨或重水,Chainreaction,雪崩式裂变,决策,科学家们对总统的鼓动,1938年，哈恩成功实施核裂变后，科学家意识到可以利用这种方法来制造造核武器。,1939年7月三名匈牙利血统的物理学家拜访了爱因斯坦和罗斯福总统的私人顾问萨克斯，陈述了研制核武器对于战争进程可能带来的巨大影响作用。,同年，爱因斯坦即写信给美国总统罗斯福，详细阐述了研制原子弹的重要性。,萨克斯与总统共进午餐讲了拿破仑的故事（富尔顿汽船）,,罗斯福,1942年12月在费米领导下，于芝加哥大学建成世界上第一座核反应堆。,直到1945年，美国人花费20多亿美元，终于研制成3枚原子弹，分别命名为“小玩意儿”，“小男孩”和“胖子”。,,1942年，罗斯福决定实施代号为“曼哈顿工程”的计划。工程由格罗夫斯负责全面指挥，芝加哥大学教授康普顿负责裂变材料的制备工作，美籍意大利著名科学家费米负责制造原子反应堆，物理学家奥本海默为原子弹总设计师。,,费米,,奥本海默,第一次核爆炸,1945年7月16日上午5时24分，美国在新墨西哥州试验场内30米高的铁塔上，进行了人类有史以来的第一次核试验。TNT当量2.2万吨，试验中由于核爆炸产生了上千万度的高温和数百亿个大气压，致使一座30米高的铁塔被熔化为气体。在半径为400米的范围内，沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质，半径为1600米的范围内，所有的动物全部死亡。这颗原子弹的威力，要比科学家们原估计的大出了近20倍。,AtomicBomb,1945年8月6日名为“小男孩”的原子弹在日本广岛爆炸。,,1945年8月9日名为“胖子”的原子弹在日本长崎爆炸。,广岛蘑菇云,,长崎蘑菇云,第一位,谁,是第一个亲眼目睹核爆炸的人。,苏联人,前苏联的核研究,1943年9月完成了第一个核装置的爆炸准备。这一核装置的当量只有2千吨左右，但却是世界上真正的第一颗原子弹。,9月10日，这颗原子弹被安放于无人烟的湖心岛上。起爆前，人们被撤到1千米外的地下掩体中，只有物理学家别特尔萨克拒绝进入掩体。他不相信这种原子弹会有那么大的威力。他有幸第一个看到了原子弹爆炸的状观景象，却被原子弹炸得无踪无影。,中,,1964年10月16日张爱萍将军电告–––,,中国蘑菇云,,,中国第一颗核弹,,时间表,世界各国核试爆成功的时间表,美国1945年7月16日,前苏联1949年8月23日,英国1952年10月3日,,法国1960年10月25日,中国1964年10月16日,印度1974年5月18日,巴基斯坦1998年5月28日,朝鲜2006年10月9日,欣赏,中国氢弹蘑菇云,,1967年6月17日中国第一颗氢弹,英国蘑菇云,第一次水下原子弹实验,,原理,那么，原子弹究竟是如何起爆的呢,,,原子弹工作原理枪式）,,收聚式,各国拥有核武器的情况,战略核武器（枚）战术核武器（枚）,美国600020003000,俄罗斯550030004000,法国3846080,英国185,印度30100,巴基斯坦1550,朝鲜12,和平利用,雪崩式裂变,和平利用原子能的关键,控制中子的数量镉棒5％Cd15In80Ag镉铟银,镉,核反应堆示意图,核燃料是把小指头大的烧结二氧化铀芯块，装到锆合金管中，将三百多根装有芯块的锆合金管组装在一起，成为燃料组件。大多数组件中都有一束控制棒，控制着链式反应的强度和反应的开始与终止。,俄国核反应堆,反应堆类型,目前普遍使用的反应堆,浓缩铀反应堆,天然铀反应堆石墨反应堆重水反应堆,轻重之争,第六轮会谈2007年3月19日在北京召开，目前已进展到朝鲜去核功能化的阶段,,六方会谈,,,,,宁边,,,六个核研究所,,,二座核堆,,,六座铀矿,,,三座UO2转化厂,,,,一座核燃料元件厂,,,一座核电研究堆,,,一个核废料堆场,１９８５年１２月，朝鲜加入不扩散核武器条约。按照该条约规定，成员国必须接受国际原子能机构对其核设施的检查，但朝鲜却一直拒绝接受其检查。,,朝鲜的策略,,第一次核危机,同年３月，朝鲜以国家安全为由，宣布退出它于１９８５年底加入的不扩散核武器条约，半岛局势又紧张起来。１９９３年２月，国际原子能机构作出对朝鲜核设施进行强制性的“特别检查”决议。同时，美韩恢复举行曾于１９９２年暂停的“协作精神”联合军事演习。,,１９９４年１０月２１日朝鲜和美国，在日内瓦签署了美朝核框架协议。根据协议，朝鲜同意冻结现有的核计划美国将负责在２００３年底前，为朝鲜建造两座１０００兆瓦的轻水反应堆。反应堆建成前，美国将同其他国家向朝鲜提供重油，作为能源补偿。,朝鲜说我不要轻水反应堆，我要重水反应堆。,美国说痴心妄想,阻速剂,慢中子,阻速剂,β,β,92,93,94,铀）,（镎）,（钚）,天然铀反应堆反应示意图,应用,核技术的应用,一.动力美国第一艘核潜艇下水1954年1月,,（我国第一艘核潜艇1971年8月）,前苏联第一座核电站1954年6月,（我国第一座核电站1991年）,全世界共有核电站四百多座，核电比例法国72％日本23％美国21％我国1％,照片,大亚湾核电站全景,,秦山核电站全景,,,,,,,,,事故,1986年4月26日，切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸，造成30人当场死亡，泄漏的8吨多强辐射物质导致320多万人受到核辐射侵害。,重大核电站事故,1979年美国三里岛事件1986年前苏联切尔诺贝里事件,,,,同位素应用,示踪原子（标记原子）,应用实例之一水在人体内停留多长时间,二.同位素应用,,,应用实例之二氧原子是从哪里脱出来的,,,,,羧酸,醇,酯,,酯化反应,,马王堆女尸的年代确定,C,14,放射性元素半衰期5730年,（最丰同位素12C）,6,医学,三.医学领域,所有重要的医学手术设备都是用射线来消毒,,,射线扫描比X光扫描可早618个月检查到癌的扩散,,神奇的Γ刀技术,利用核技术来了解血流情况,电池,化学电源,俗称“电池”。是一种将化学反应产生的能量直接转换为电能的装置。,原电池模型,,锌（Zn,铜（Cu,,Zn2,SO42－,Cu2,SO42-,2e,,,K2SO4,SO42-,,K,,盐桥,典型的置换反应,,,,,Myheartwillgoon,EverynightinmydreamsIseeyou,IfeelyouThatishowIknowyougoon.FaracrossthedistanceandspacesbetweenusYouhavecometoshowyougoon.,Near,far,whereveryouareIbelievethattheheartdoesgoonOncemore,youopenedthedoorandyourehereinmyheart,andmyheartwillgoonandon.,,席琳迪昂CelineDion,,生活中常用的电池,锌锰电池ZnZnCl2,NH4ClMnO2,,,一次性电池,负极,正极,电解质,,,碱式锌锰电池ZnKOHMnO2,锌银电池ZnKOHAg2O,,,,,,,二次电池,铅蓄电池PbH2SO4PbO2,,,,,,可充电电池（RechargeableCell,镉镍电池,CdKOHNiOOH,,,新型电池,氢镍电池,锂电池（LI）,燃料电池,,,,回收,,,废电池回收因镉镍电池而起,镉Cadnium（Cd）,元素周期表第二副族48号元素，原子质量112。银白色微带蓝色光泽的金属。主要化合价＋2。常应用于镉蒸汽灯，烟幕弹，镉汞齐，电池电极以及核反应堆控制棒等。镉的许多化合物都有极强的毒性。,痛痛病,19551957年间，日本富山地区出现了一批奇怪的病人。他们全身骨痛，行动困难，出现骨萎缩，骨弯曲，骨软化等症状。并会莫名其妙地骨折。病人整日卧床，不断叫痛。最终在痛声中死去，日本人称它为“痛痛病”。,,,汞MercuryHg,俗称水银，元素周期表第二副族80号元素。唯一的液体金属。常用于制造汞灯，整流器，科学测量仪器，体温计，血压计等。汞很容易与其它金属形成合金，称为“汞齐”。汞蒸汽剧毒，引发口腔炎，肌肉颤抖和神经失常。,水俣事件,1953年水俣地区出现了一种奇特的病。患者口齿不清，步履蹒跚，脸部痴呆，手足变形最终精神失常而死。,1950年日本的“自杀”猫,水银开关,,,,,