1、2020年8月2日1時(shí)32分,第六章 能源工程中的化學(xué)（,了解能源利用和發(fā)展的形勢(shì)； 了解清潔能源和可再生能源的發(fā)展動(dòng)態(tài)； 理解蓄電池的構(gòu)成及其電化學(xué)原理； 熟悉化學(xué)在解決能源危機(jī)中的作用。,2020年8月2日1時(shí)32分,6.1 能源概論 6.2 化石能源的有效利用和清潔生產(chǎn) 6.3 蓄電池 6.4 可再生能源,2020年8月2日1時(shí)32分,6.1 能源概論,6.1.2能源的定義與分類: 能源是指可以從其中獲得能量的資源。 能源的分類: （一）地球外的太陽(yáng)能、地球自身蘊(yùn)藏的能量、地球和其他天體引力相互作用形成的能量（如潮汐能） （二）一次能源與二次能源、可再生能源與非再生能源、常規(guī)能源與新能源

2、 （三）燃料能源與非燃料能源 （四）清潔能源與非清潔能源,2020年8月2日1時(shí)32分,能源的分類,2020年8月2日1時(shí)32分,2020年8月2日1時(shí)32分,6.2 化石能源的有效利用和清潔生產(chǎn),6.2.1化石燃料的定義、分類和組成,煤、石油、天然氣構(gòu)成了化石燃料。,石油是許多性質(zhì)不同的有機(jī)物的混合物，其中75以上是各種各樣的烴類，其他組分是含氧、氮、硫及含金屬的化合物。,天然氣的主要成分是甲烷。當(dāng)甲烷的體積分?jǐn)?shù)高于0.5，稱為干天然氣；降至0.5則稱為濕天然氣，“濕”表示這種天然氣中含有較多高沸點(diǎn)的容易液化的烴類。,2020年8月2日1時(shí)32分,煤是由有機(jī)物、無(wú)機(jī)物組成的一種混合物，主要成

3、分為碳和氫，也含有少量硫、氧、氮、灰分等。,由植物殘骸轉(zhuǎn)化的煤炭包括泥炭、褐煤、煙煤和無(wú)煙煤等主要類型，隨著煤轉(zhuǎn)化程度的提高，其碳?xì)浔纫来卧龈?，含氧量逐漸減少，熱值依次遞增。,煤的主要形成過(guò)程可由下式表示：,無(wú)煙煤,煙煤,褐煤,泥炭,植物,煤的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，雜質(zhì)多，直接燃燒時(shí)不完全，熱效率低，而且煤的燃燒會(huì)產(chǎn)生硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和煙塵等氣體嚴(yán)重污染了人類生存的環(huán)境。,2020年8月2日1時(shí)32分,6.3 蓄電池（二次電池）,一次電池與二次電池,原電池的電極活性物質(zhì)在氧化還原反應(yīng)中不斷消耗，使化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，放電后不能使電極活性物質(zhì)復(fù)原，即它只能將化學(xué)能一次性地轉(zhuǎn)化為電能，

4、不能將電能還原回化學(xué)能，故又稱為一次電池或干電池,市售堿性電池、錳干電池等都是一次性電池。,蓄電池的電極活性物質(zhì)經(jīng)反應(yīng)輸出電能后，可用充電的方法使活性物質(zhì)復(fù)原而繼續(xù)使用，故又稱二次電池或可充電電池。所有蓄電池的電池反應(yīng)均可逆。充電電池的充放電循環(huán)可達(dá)數(shù)千次到上萬(wàn)次。,2020年8月2日1時(shí)32分,1、鎘鎳蓄電池的工作原理,鎘鎳電池是一種常見(jiàn)的二次堿性電池。,電池符號(hào)： () Cd | KOH(1. 19 1. 21 gcm3) | NiO(OH) | C(+),電極反應(yīng): 負(fù)極：Cd(s) + 2 OH (aq) = Cd(OH)2(s) + 2 e 正極：2 NiO(OH)(s) + 2 H

5、2O + 2 e = Ni(OH)2(s) + 2 OH,電池特點(diǎn)： 鎘鎳電池的內(nèi)部電阻小，電壓平穩(wěn)，反復(fù)充放電次數(shù)多，使用壽命長(zhǎng)，且能夠在低溫環(huán)境下工作，常用于航天部門、電子計(jì)算器及便攜式家用電器的電源。,2020年8月2日1時(shí)32分,鎘鎳可充電電池,2020年8月2日1時(shí)32分,2、氫鎳蓄電池,氫鎳電池是進(jìn)幾年開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新電池，主要針對(duì)鎘鎳電池的鎘污染問(wèn)題。,電池符號(hào)： () Ti-Ni | H2(p) | KOH( c ) | NiO(OH) | C(+),電極反應(yīng): 負(fù)極：H2(p) = H+(c) + 2e 正極：2 NiO(OH)(s) + 2 H2O + 2 e = Ni(O

6、H)2(s) + 2 OH,電池特點(diǎn)： 氫鎳電池由于材料無(wú)毒，無(wú)污染而被稱為綠色環(huán)保電池，電池電動(dòng)勢(shì)約為1. 2V，循環(huán)壽命可以很長(zhǎng)。,2020年8月2日1時(shí)32分,鎳氫電池構(gòu)造,2020年8月2日1時(shí)32分,3、銀鋅蓄電池,鋅銀電池內(nèi)阻小、放電功率大、電壓平穩(wěn)、電性能穩(wěn)定、使用安全可靠、比能量高(是鉛酸蓄電池的5倍，鎘鎳蓄電他的3倍)，因此多用于通信、激光武器、水中兵器、航空、航天、戰(zhàn)略核武器等軍事裝備，軍體器材遙控航模，新聞攝影和特殊電子儀器設(shè)備作配套電源。目前國(guó)內(nèi)外已有多種不同結(jié)構(gòu)特性的電池組正在各種軍事武器裝備上服役。,其工作原理為：,負(fù)極,正極,電池反應(yīng)：,2020年8月2日1時(shí)32

7、分,4、鋰電池,鋰電池是一類以金屬鋰或含鋰物質(zhì)為負(fù)極的化學(xué)電源的總稱。迄今，正在研究或生產(chǎn)中的鋰電池約有20多種，現(xiàn)在常用的是鋰蓄電池，電池可以反復(fù)充放電，降低了使用成本和減少了處理一次電池的困難。 當(dāng)鋰電極用碳電極代替時(shí)，便成了最新式的鋰離子蓄電池，電池中鋰離子源由氧化鈷鋰 (LiCoO2) 材料提供，而碳電極可以吸藏鋰離子生成鋰碳化合物(LiCx),850鋰電池及其保護(hù)電路,2020年8月2日1時(shí)32分,鋰離子電池的特點(diǎn)是：體積小，比能量高，單電池的輸出電壓高達(dá) 4. 2V。 鋰離子電池主要用于便攜式攝像機(jī)、液晶電視機(jī)、移動(dòng)電話機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)等。 鋰離子電池以及銀鋅電池等與鉛電池相比，具

8、有重量輕、體積小、儲(chǔ)存能量大以及無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，被稱為新一代無(wú)污染的綠色電池。,2020年8月2日1時(shí)32分,5燃料電池,電池符號(hào)： （-）CH2KOH(30%)O2C（+）,電極反應(yīng)： （-） H2 + 2 OH- - 2 e- 2 H2O,（+） O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH,2 H2 + O2 2 H2O,每個(gè)電池可產(chǎn)生 1. 23V 的電壓。 優(yōu)點(diǎn)：生成物不污染環(huán)境，且熱能轉(zhuǎn)化率高（達(dá) 80% 左右）,電池反應(yīng)：,2020年8月2日1時(shí)32分,電動(dòng)汽車,燃料電池,2020年8月2日1時(shí)32分,6.4重要的新能源（可再生能源）,太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)?、潮汐、核?2020年8月

9、2日1時(shí)32分,圖4- 治理前的熱電廠,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源比重太小。必須合理開(kāi)發(fā)及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新能源，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。 最有希望的清潔能源是氫能和太陽(yáng)能,2020年8月2日1時(shí)32分,氫能的優(yōu)點(diǎn) 熱值高，其數(shù)值為 142. 9 MJkg1。 燃燒反應(yīng)速率快，功率高 原料是水，取之不盡 產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境無(wú)任何影響,思考：用氫作能源目前還存在一些問(wèn)題，你認(rèn)為是哪些方面的問(wèn)題？,1. 氫能,2020年8月2日1時(shí)32分,太陽(yáng)能光解,電解,作為氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，是目前工業(yè)氫氣的制備方法。,思考：用電解的方法大規(guī)模制取用作能源的氫氣可行嗎？,從經(jīng)濟(jì)上考慮是不可行的。,利用太陽(yáng)光的能量電解水得到氫氣，正在研究中。,(1) 氫氣的制取(經(jīng)濟(jì)問(wèn)題),2020年8月2日1時(shí)32分,(2) 氫氣的貯存和運(yùn)輸(安全高效),2020年8月2日1時(shí)32分,2. 光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?2020年8月2日1時(shí)32分,風(fēng)力發(fā)電,2020年8月2日1時(shí)32分,地?zé)?2020年8月2日1時(shí)32分,核裂變反應(yīng) 在中子的轟擊作用下，較重原子核分裂成輕原子核的反應(yīng)稱為核裂變反應(yīng)。,該反應(yīng)損失質(zhì)量m = 0. 2118 gmol，能量變化為：,此能量相當(dāng)于 634. 5噸標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒所釋放的能量。,* 核能,2020年8月2日1時(shí)32分,核 電,2020年8月2日1時(shí)32分,對(duì)于能源，不僅需要開(kāi)發(fā)，而且需要節(jié)