第二十二章能源與可持續(xù)發(fā)展

復(fù)習(xí)與提高本章知識(shí)結(jié)構(gòu)圖能源利用的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)能源與可持續(xù)發(fā)展新能源的發(fā)展利用能源歷程：生物質(zhì)能、化石能源、風(fēng)能、水能、電能……可再生能源、不可再生能源一次能源、二次能源能量轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的方向性、不可逆性能源利用是有條件的、能源是有限的能源利用對(duì)環(huán)境的影響核能太陽(yáng)能原子核結(jié)構(gòu)圖核能裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可控性：核發(fā)電站不可控性：原子彈爆炸聚變熱核反應(yīng)太陽(yáng)核聚變氫彈爆炸直接利用：光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換間接利用：化石能源第1節(jié)能源利用的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)一、人類利用能源的歷程1.能量2.能源能夠提供______的物質(zhì)資源叫做能源。生產(chǎn)和生活中利用的各種能量，是通過(guò)不同的能源提供的。各種能源的廣泛利用，極大地促進(jìn)了人類文明的發(fā)展。（1）物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和相互作用的方式多種多樣，每種運(yùn)動(dòng)形式都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的能量。（2）常見(jiàn)的能量：如機(jī)械能、內(nèi)能、化學(xué)能、電能、核能等。能量3.常見(jiàn)的能源（1）化石能源煤、石油、天然氣，是千百萬(wàn)年前埋在地下的動(dòng)、植物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的。（2）生物質(zhì)能自然界中有生命的物質(zhì)提供的能量，食物分解和柴薪燃燒等都提供了生物質(zhì)能。（3）太陽(yáng)能由太陽(yáng)輻射提供的能量，主要表現(xiàn)就是常說(shuō)的太陽(yáng)光線。（4）水能、風(fēng)能由自然界中的流水和流動(dòng)的空氣提供的能量。（5）地?zé)崮苡傻厍騼?nèi)部提供的一種內(nèi)能，來(lái)自地球內(nèi)部的熔巖。（6）電能由其他形式的能轉(zhuǎn)化而成供各種用電器使用的能源。4.人類利用能源的歷程（1）火的利用鉆木取火是從利用自然火到利用人工火的轉(zhuǎn)變，開啟了以柴薪作為主要能源的時(shí)代?，F(xiàn)在，柴薪仍是某些地區(qū)的重要生活能源.這是第一次能源革命的標(biāo)志，使人支配了一種自然力化學(xué)能內(nèi)能（2）化石能源的利用蒸汽機(jī)的發(fā)明是人類利用能量的新里程碑。人類從此逐步以機(jī)械動(dòng)力在大規(guī)模代替人力和畜力，導(dǎo)致了第二次能源革命，使人類進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)?；茉词钱?dāng)今世界的主要能源。這是第二次能源革命的標(biāo)志，引發(fā)了世界性的工業(yè)革命化學(xué)能內(nèi)能機(jī)械能（3）電能的利用19世紀(jì)以來(lái)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，發(fā)明了發(fā)電機(jī)，使煤、石油等化石能源轉(zhuǎn)換成更加便于輸送和利用的電能。電能最終通過(guò)用電器轉(zhuǎn)化為光能、內(nèi)能、機(jī)械能等其他形式的能，為人類所用。電能的利用是人類進(jìn)人現(xiàn)代文明社會(huì)的標(biāo)志。機(jī)械能電能（4）核能的利用20世紀(jì)40年代，科學(xué)家發(fā)明了可以控制核能釋放的裝置——核反應(yīng)堆，拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕。這是第三次能源革命的標(biāo)志，開始了開發(fā)利用核能的新紀(jì)元。核能電能5.能源的分類（1）按照獲取方式：一次能源可直接從自然界獲得的能源。如化石能源、風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑四?、潮汐能等。二次能源無(wú)法從自然界直接獲取，必須通過(guò)消耗一次能源才能得到的能源。如電能、酒精、木炭、煤氣、柴油、液化氣、氫氣、汽油等。（2）按照是否可再生不可再生能源越用越少，不能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充的能源。如煤、石油、天然氣等化石能源，核能等。可再生能源可以在自然界里源源不斷地得到的能源。（3）按照人類開發(fā)早晚常規(guī)能源人類已經(jīng)利用多年的能源。如煤、石油、天然氣及水能等。新能源人類新近才開始利用的能源。核能、太陽(yáng)能、潮汐能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等。（4）按照對(duì)環(huán)境的影響清潔能源使用時(shí)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染或污染較輕的能源。如太陽(yáng)能、電能、風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮艿?。污染能源使用時(shí)對(duì)環(huán)境污染較重的能源。如煤、石油、柴薪等。二、能源利用面臨的挑戰(zhàn)1.能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程是有方向性、不可逆的。如汽車制動(dòng)時(shí)，由于摩擦，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了輪胎、地面和空氣的內(nèi)能，這些消耗的能量不能再自動(dòng)地用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車。在發(fā)生熱傳遞時(shí)，熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，或從同一物體的高溫部分轉(zhuǎn)移到低溫部分，都不能相反。如果要使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，就需要消耗其他形式的能量，例如電冰箱就需要消耗電能。2.能源的利用是有條件的，我們所能利用的能源是有限的。我們是在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中利用能量的。但是有些能量可以利用，有些則不能。例如化石能源是當(dāng)今世界的主要能源，大多數(shù)汽車、飛機(jī)、輪船等交通工具都離不開它。由于世界人口的增加和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源的消耗量持續(xù)增長(zhǎng)。特別是近幾十年來(lái)，能源消耗量的增長(zhǎng)速度明顯加快。3.能源危機(jī)兩個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人類能源消耗急劇增長(zhǎng)，化石能源開發(fā)利用后不能再生，如果長(zhǎng)期大規(guī)模開采，不久的將來(lái)會(huì)消耗殆盡。如果把全世界的能源消耗量折合成熱值為2.93×107J/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤來(lái)計(jì)算，1950年為26億噸，1987年為110多億噸，2007年達(dá)到160億噸，2022年達(dá)到205億噸。如果長(zhǎng)期大規(guī)模開采，化石能源最終將會(huì)消耗殆盡。4.耗用各種能源時(shí)不可避免地對(duì)環(huán)境造成影響?，F(xiàn)代生活中化石能源的廣泛使用，燃料的燃燒產(chǎn)生了大量的二氧化碳，加煤、石油、天然氣等燃料往往含有雜質(zhì)，致使燃燒生成的氣體中含有二氧化硫等有害物質(zhì)。燃料的不完全燃燒還會(huì)產(chǎn)生粉塵和一氧化碳，對(duì)人和環(huán)境造成危害。開發(fā)新能源、更好地利用已知能源，是全球范圍內(nèi)的重要課題。開發(fā)新能源是指人類新近才開始利用的能源。例如，核能、太陽(yáng)能、潮汐能、地?zé)崮?、風(fēng)能、生物質(zhì)能等都屬于新能源。面對(duì)能源危機(jī)，我們應(yīng)該怎樣做？劇了地球的溫室效應(yīng)。第2節(jié)新能源的發(fā)展一、核能1.原子的組成及帶電情況2.核能（1）核能：質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能。（2）釋放核能的方式：

和

。核裂變核聚變3.裂變（1）裂變①裂變用______轟擊質(zhì)量比較大的鈾235原子核，使其發(fā)生裂變，發(fā)現(xiàn)一個(gè)核分裂成兩個(gè)質(zhì)量中等大小的原子核，同時(shí)釋放出大量的能量。用中子轟擊鈾原子核，鈾核分裂時(shí)釋放出核能，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生幾個(gè)新的_______，這些中子又會(huì)轟擊其他鈾核……于是就導(dǎo)致一系列鈾核持續(xù)裂變，并釋放出大量核能。②裂變的能量巨大1kg鈾全部裂變，釋放的能量超過(guò)2000t煤完全燃燒時(shí)釋放的能量。（2）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中子中子（3）裂變的應(yīng)用①核電站核電站利用裂變產(chǎn)生的核能發(fā)電，核心設(shè)備是核反應(yīng)堆。1942年，人類利用核反應(yīng)堆第一次實(shí)現(xiàn)了可控制的鈾核裂變。核電站發(fā)電時(shí)的能量轉(zhuǎn)化：內(nèi)能機(jī)械能核能電能②原子彈鏈?zhǔn)椒磻?yīng)如果不加以控制，大量原子核就在一瞬間發(fā)生裂變，釋放出極大的能量。根據(jù)這一原理，人們（4）核電站和核廢料處理①核泄漏的危害核電站一旦發(fā)生核泄漏事故，就可能產(chǎn)生嚴(yán)重的危害?？茖W(xué)家們制定了嚴(yán)格的安全措施和安全標(biāo)準(zhǔn)。②核廢料的處理制造出毀滅性武器——原子彈。4.聚變（1）聚變核電站使用過(guò)的核燃料成為核廢料。由于核廢料仍具有放射性，對(duì)環(huán)境會(huì)造成相當(dāng)大的危害，因此要將核廢料深埋到人跡稀少的_______地帶。沙漠如果將某些質(zhì)量很小的原子核，例如氘核（由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子構(gòu)成）與氚核（由一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子構(gòu)成），在超高溫下結(jié)合成新的原子核——氦核，也會(huì)釋放出巨大的核能，這就是_______，也稱為熱核反應(yīng)。聚變（2）氫彈：氘核和氚核都屬于氫核的一種。大量氫核的聚變，可以在瞬間釋放驚人的能量。氫彈利用的就是聚變瞬間釋放的能量。（3）裂變與聚變的比較質(zhì)量較大的原子核分裂為較小原子核的過(guò)程用一定速度的中子轟擊較大原子核可控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度巨大核電站、原子彈質(zhì)量很小的原子核結(jié)合成較大原子核的過(guò)程超高溫更加巨大目前不能人為控制氫彈二、太陽(yáng)能（一）、太陽(yáng)——巨大的“核能火爐”1.太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次是太陽(yáng)核心、輻射層、對(duì)流層、太陽(yáng)大氣。2.太陽(yáng)能的來(lái)源——?dú)浜司圩冊(cè)谔?yáng)內(nèi)部，氫原子核在超高溫下發(fā)生______，釋放出巨大的核能。聚變1.地球上大多數(shù)能源來(lái)自于太陽(yáng)能由于化石能源、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等都是來(lái)太陽(yáng)能，所以說(shuō)太陽(yáng)是人類能源的寶庫(kù)。人類利用這些能量，實(shí)際上都是間接地利用_______能。太陽(yáng)（二）、太陽(yáng)是人類能源的寶庫(kù)3.太陽(yáng)能的傳遞——熱輻射大部分太陽(yáng)能以熱和_____的形式向四周輻射開去。光2.化石能源的形成遠(yuǎn)古時(shí)期陸地和海洋中的植物，通過(guò)光合作用，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物體的化學(xué)能。在它們死后，軀體埋在地下和海底，經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年的沉積、化學(xué)變化、地層的運(yùn)動(dòng)，在高壓下漸漸變成了石油和______。在石油形成過(guò)程中還放出天然氣。煤3.風(fēng)能的形成由于地球表面各個(gè)部位吸收太陽(yáng)熱量的不均勻性，空氣的冷暖程度就不一樣，于是，暖空氣膨脹變輕后（密度變?。┥仙?，冷空氣冷卻變重（密度變大）后下降，這樣冷暖空氣便產(chǎn)生流動(dòng)，形成了風(fēng)。4.水能的形成陽(yáng)光曬暖了地球表面的水，水吸熱蒸發(fā)變?yōu)樗魵馍仙礁呖罩?，水蒸氣液化形成的小水滴或凝華成的小冰晶懸浮在高空中形成云；云中的小水滴或小冰晶相互聚集，最后下降成為雨，雨落到地面，匯入江、河、湖、海中而流動(dòng)，成為具有動(dòng)能的水。（三）、太陽(yáng)能的利用1.光電轉(zhuǎn)換指太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為______能。電（1）光電池（太陽(yáng)能電池）光電池也叫太陽(yáng)能電池，是一種在光的照射下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的半導(dǎo)體元件，直接把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)變成電。（2）太陽(yáng)能電池的一些應(yīng)用太陽(yáng)能電池在生活、生產(chǎn)、航空航天、交通、通信等領(lǐng)域中有著重要的應(yīng)用。（3）光伏發(fā)電光伏發(fā)電光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。2.光熱轉(zhuǎn)換（1）集熱器集熱器收集陽(yáng)光中的能量來(lái)加熱水等物質(zhì)，把太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為____能。這種發(fā)電站先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，然后再通過(guò)機(jī)械能裝置轉(zhuǎn)變成

能。（2）太陽(yáng)能熱電站內(nèi)電3.光化轉(zhuǎn)換光化轉(zhuǎn)換是指把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為______能，儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)。比如綠色植物的生長(zhǎng)就是靠太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的化學(xué)能，所以通過(guò)光合作用的植物把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化學(xué)化為化學(xué)能。4.太陽(yáng)能的優(yōu)缺點(diǎn)（2）缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)①太陽(yáng)能取之不盡、用之不竭，是人類可以利用的永久性能源。②太陽(yáng)能分布廣闊，不需要挖掘、開采和運(yùn)輸。③太陽(yáng)能是一種清潔能源，使用時(shí)沒(méi)有污染。②太陽(yáng)能的利用受氣候、晝夜的影響很大。因此必須有貯存裝置，這不僅增加了技術(shù)上的困難，也使造價(jià)增加。①太陽(yáng)能到達(dá)地球上非常分散，接收裝置的面積大，造價(jià)高。③太陽(yáng)能電池的成本高，而且每個(gè)太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓較低。5.風(fēng)能、海洋能風(fēng)能和海洋能也是人們可以利用的新能源，它們都可以用來(lái)發(fā)電。風(fēng)能發(fā)電是利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。其核心原理是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為葉片的機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能。潮汐能發(fā)電就像給地球的“呼吸”裝上發(fā)電機(jī)，利用海水漲落的動(dòng)能來(lái)發(fā)電，是一種清潔又可再生的能源。它和普通水力發(fā)電類似，但用的是海水潮汐，水輪機(jī)得適應(yīng)低水頭、大流量的特點(diǎn)。核心是利用潮汐漲落的水位差驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。常見(jiàn)方式有：