能源的综合利用

人类社会需要充足的能源、丰富的材料、良好的环境，而能源、材料、环境这三个领域的研究都离不开化学。化学有助于人类解决能源危机；化学为人类提供更丰富的材料；化学能保护和改善人类赖以生存的环境。第1节能源的综合利用第9章化学与社会发展能源：能为人类提供所需能量的资源我国首台自动跟踪太阳能高效发电站在泉城济南省科技馆门前安装完成。太阳能路灯太阳能利用风能和太阳能的自亮街灯风力发电风能温泉西藏羊八井地热发电站地热能西藏利用地热发电温泉大亚湾核电站电能氢动三号亮相长城化石燃料：是我们生产、生活的主要能源。煤石油几种能源及分类太阳能氢能核能电能化石燃料（煤、石油、天然气）常规能源新能源可再生能源不可再生能源电能化石燃料（煤、石油、天然气）太阳能氢能核能太阳能风能地热能核能化石燃料（煤、石油、天然气）可燃冰常规能源：即传统能源，已经大规模生产和广泛利用的能源。新能源：以新技术为基础，系统开发的能源。常见的能源太阳能、化石能源、水能、风能、核能（原子能）、氢能潮汐能：海水潮流运动的能量海洋能：潮汐能、波浪能、海流能、温差能地热能：地球内部释放到地表的能量生物质：燃烧植物体放出热能新闻一:世界需要能源增多国际能源机构在《2004年世界能源展望》报告中指出，到2030年，企业和家庭对能源的需求量要比现在提高59%，全球对石油的需求量每年如按1.6%的速度来增长，到2030年全世界每天石油的需要量将从目前的O.82亿桶增加到1.21亿桶。世界能源消费增长的三分之二是发展中国家的需求增加，尤其是中国和印度。石油需要量不断增多，而能提供石油的国家越来越少.今年夏季，中国三十个省市中有十九个拉闸限电；自上海、广州0号柴油告急开始,九十号汽油告急,全国出现了一定范围的“油荒”;一些地区的煤炭供应也出现短缺。南方网讯“在经济持续增长的中国，需要巨大的能源供应，缺电、缺煤将意味着什么，谁来供应中国经济的发展，这将是我们面临的又一大严峻挑战。”新闻二：地球一小时（英语：EarthHour）是一个全球性节能活动，提倡于每年三月的最后一个星期六当地时间晚上20:30，家庭及商界用户关上不必要的电灯及耗电产品一小时。该活动最初由环保团体世界自然基金会澳洲及悉尼晨锋报合作发起，并于澳洲悉尼当地时间2007年3月31日，晚上8:30至9:30期间举行了第一次活动，希望借此活动推动电源管理，减少能源消耗，唤起人们以实际行动应对全球变暖的意识。2008年，该活动被推广到世界各地，全球40多个城市，近380个城镇接力执行该活动。2014地球一小时主题：“我们将今年地球一小时的主题定为蓝天自造，是为了呼应当前中国最急迫、最受关注的环境议题——雾霾。”新闻三：熄灯一小时，世界将因你而改变.看到这些信息，你有什么感想？下表是我国化石燃料储量及年产量探明储量年产量开采年限石油32.7亿吨1.6亿吨天然气13700亿立方米217亿立方米煤1145亿吨12.4亿吨63.1年92.4年20.4年问题:这些对你有什么启示？解决能源危机的方法有哪些？解决能源危机的一般方法开发新能源。如：核能、太阳能、氢能等。提高能量转化率，降低能耗。研制、使用节能产品。由“energy”的第一个字母“e”构成一个圆形图案，中间包含了一个变形的汉字“节”，寓意为节能。缺口的外圆又构成“CHINA”的第一字母“C”，“节”的上半部简化成一段古长城的形状，与下半部构成一个峰火台的图案一起，象征着中国。“节”的下半部又是“能”的汉语拼音第一字母“N”。整体图案为蓝色，象征着人类通过节能活动还天空和海洋于蓝色。中国节能标志你们在日常生活中如何节能？讨论:节能标志的含义石油煤天然气一、化石燃料C(H、O、N、S)C、HCH4煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料(又叫矿物燃料)，化石燃料是重要的燃料和重要的能源。煤—黑色金子煤的形成：煤主要是由古代植物在地下隔绝空气的条件下，经过长期的一系列复杂的化学变化和生物变化，而形成的一种由有机物和无机物所组成的复杂的固态混合物。煤的主要成分是碳，还含有氢、氧及硫、磷等48种元素。如果把烟煤隔绝空气加强热煤可以分解成焦炭煤焦油焦炉煤气这种煤的处理方法称为煤的干馏或炼焦这可是化学变化是冶金工业的重要原料是化工生产的重要原料是重要的燃料在特殊设备里，在高温下能生成煤气煤气是一种经济方便、清洁卫生燃烧效率很高的燃料煤有实用价值的综合利用主要有煤的干馏、气化和液化(均为化学变化）。煤最主要的应用是直接作为燃料。煤：工业的粮食2012年9月2日江西安源煤矿瓦斯大爆炸事故煤矿的矿井中常因含有甲烷、煤尘等物质而发生瓦斯爆炸，造成人员伤亡。你认为煤矿应采取哪些安全措施？严禁烟火，注意通风石油的形成：石油是由古代动、植物遗体在地壳内部高温、高压条件下经过非常复杂的化学变化而形成的各种烷烃、环烷烃和芳烃组成的液态混合物。其主要成分是多种碳、氢元素组成的有机化合物，同时含少量硫、氧、氮等元素。石油（原油）经过分馏可得到系列产品，如溶剂油、汽油、柴油、润滑油等。石油气汽油煤油柴油润滑油石蜡沥青石油分馏示意图按沸点由低到高的顺序分离出来石油的综合利用是物理变化经精加工能得到5000多种化工原料石油是重要的化工原料辛烷值常用来衡量汽油的抗震程度，把抗震性较好的异辛烷(2，2，4一三甲基戊烷)的辛烷值定为l00，爆震性极强的正庚烷的辛烷值定为零，把汽油的抗震性和这两种烃的不同比例的混合物进行比较，就可以得到该汽油的相对辛烷值。为了提高汽油的辛烷值，过去广泛使用的一种入法是在汽油中添加少量抗震剂—四乙基铅；现在为了提高汽油的辛烷值，一般采用甲基叔丁基醚[CH3—O—C(CH3)3，又名MTBE]作为高辛烷值组分。目前，我国使用的车用汽油标号就是按照汽油的辛烷值大小划分的，例如90号汽油表示该汽油的辛烷值不低于90。天然气：主要成份是（CH4）甲烷俗称沼气天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。尽管天然气是无色无味的，然而在送到最终用户之前，还要用硫醇来给天然气添加气味，以助于泄漏检测。天然气不像一氧化碳那样具有毒性，它本质上是对人体无害的。完全燃烧：CH₄+2O₂===CO₂+2H₂O（反应条件为点燃）天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。但是，对于温室效应，天然气跟煤炭、石油一样会产生二氧化碳。因此，不能把天然气当做新能源。我国提出“西气东输”工程西气东输：该工程将天然气从新疆塔里木输送到上海西郊，输气管道全长4200多千米，横跨9个省、市、自治区，这一工程完成后，我国东部沿海地区就可以用天然气作为主要燃料。天然气储罐海上天然气田西气东输工程的管道施工现场西气东输跨越黄河可燃冰的发现“冰”怎么会“燃烧”？但在自然界中确实存在这种能够燃烧的“冰”。可燃冰最初被发现，并不是在海底。早在20世纪30年代，工程技术人员就发现，一些输气管经常会被奇怪的冰块堵塞。化学家对这些冰块进行分析后得知，这是甲烷等气体被关在冰晶体中形成的。当时，这些甲烷水合物被视为一种麻烦，而不是一种新型的能源。后来的实验证明，1立方米这种可燃冰燃烧，相当于164立方米的天然气燃烧所产生的热值。据粗略估算，在地壳浅部，可燃冰储层中所含的有机碳总量，大约是全球石油、天然气和煤等化石燃料含碳量的两倍。有专家认为，水合甲烷这种新型能源一旦得到开采，将使人类的燃料使用史延长几个世纪。据专家估计，全世界石油总储量在2700亿吨到6500亿吨之间。按照目前的消耗速度，再有50－60年，全世界的石油资源将消耗殆尽。可燃冰的发现，让陷入能源危机的人类看到新希望。据了解，美国、日本等国均已经在各自海域发现并开采出天然气水合物，据测算，中国南海天然气水合物的资源量为700亿吨油当量，约相当中国陆上石油、天然气资源量总数的二分之一。中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品“可燃冰”，从而成为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年，因而被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。•科学家发现，“可燃冰”是一种晶体，晶体中平均每46个H2O分子构成8个笼，每个笼内可容纳1个CH4分子或一个游离的H2O分子，若晶体中每8个笼有6个容纳了CH4分子，另外两个笼被游离的H2O分子填充，你猜一猜，“可燃冰”的分子式如何？CH4•8H20余热余热余热硫元素SO2CO炭黑CO2碳元素燃烧燃烧温室效应大气污染热污染化石燃料的危害1、全球气候的变化：温室效应是指由于全球二氧化碳等气体的排放量不断增加，导致地球平均气温不断上升的现象。原来，二氧化碳等气体就像温室中的玻璃顶棚一样，既能使太阳光顺畅地透射到大地，又能截留和吸收地表放散出的热量，这就势必导致大气温度升高，全球气候变暖。太阳光CO2燃料中的碳燃烧后转变为二氧化碳气体进入大气，使大气中二氧化碳的浓度增大，从而导致温室效应2、热污染火力发电站发电剩下的“余热”被排放到河流、湖泊或海洋，使局部区域的水温上升，严重时会导致鱼类等水生生物大量死亡。3、大气污染在化石燃料中一般都含有相当数量的硫，燃烧时会释放出二氧化硫；化石燃料不完全燃烧时还会向大气排放大量的一氧化碳；煤炭燃烧时，向大气中排放大量的粉尘大气污染物进入人体呼吸道产生不适、呼吸器官障碍、支气管哮喘、肺癌等病症，甚至造成急、慢性中毒或死亡等现象酸雨对树木的危害大气的污染还会造成很多方面的危害，请同学们回去收集资料。火力发电厂发电中能量转化：化石燃料化学能热能机械能电能为什么化石燃料的转化率低？我们以火力发电厂发电为例燃烧化石燃料存在较多问题，如：浪费自然资源、产生大气污染、能量转化效率低等。你现在知道为什么化石燃料的转化率低的原因了吗？那么生活中有没有能量转化率较高的装置？——化学电源是一种将化学能直接转化成电能的装置。生活生产中常见电池你知道这些电池工作时，能量是如何转化的？三、化学电池1、化学能——电能2、与化石燃料相比的优点（1）节约资源（2）减少污染（金属污染）（3）能源转化效率高燃料电池（以H2、CO、CH4为燃料）连接锌片与负极、铜片与正极观察到什么现象？说明什么？实验中能量是如何转化的？下面我们通过实验来直观感知化学电源中能量的转化实验现象化学方程式电流计偏转原因能量转化的形式使用化学电源的优点电流表指针发生偏转一段时间后，溶液逐渐变为无色Zn+CuSO4==Cu+ZnSO4烧杯中发生了化学变化，产生电流化学能直接转化为电能提高能量的转化效率，减少大气污染因为不同的需要，电池有多种类型和型号，你知道哪几类电池，分别有什么用途呢？谈一谈电池干电池1800年伏打首先制成了伏打电池。1836年英国化学家发明了古典原电池。1865年法国化学家勒克朗斯发明了第—个干电池，现代的干电池不过是其改进。钮扣式电池中常见的为银锌电池。银锌电池体积小、重量轻，可大电流放电，放电电压平稳，工作电压是1.6伏，广泛应用于对体积和重量有严格要求的场合，但价格昂贵。蓄电池也称二次电池，是指放电后能充电复原继续使用的化学电池。1、氢镍电池氢镍电池是新型的蓄电池，其正极为氧化镍，负极为氢电极（其内部气体压力可达4MP）。它的工作状态可划分为3种：正常工作状态、过充电状态和过放电状态。氢镍电池的的突出优点是循环寿命长，1977年起在地球同步轨道条件下寿命超过10年。此外，它承受过充电和过放电的能力很强。但其