第9章第一節(jié) 化學(xué)與能源.1

1、1 第第 章章 化學(xué)與社會發(fā)展 2 人類社會需要充足的能源、豐富的材料、人類社會需要充足的能源、豐富的材料、 良好的環(huán)境，而能源、材料、環(huán)境這三個領(lǐng)良好的環(huán)境，而能源、材料、環(huán)境這三個領(lǐng) 域的研究都離不開化學(xué)，通過本章的學(xué)習(xí)將域的研究都離不開化學(xué)，通過本章的學(xué)習(xí)將 使你認識：使你認識： 1化學(xué)有助于人類解決能源危機；化學(xué)有助于人類解決能源危機； 2化學(xué)為人類化學(xué)為人類提供提供更豐富的材料；更豐富的材料； 3化學(xué)能保護和改善人類賴以生存的環(huán)境?；瘜W(xué)能保護和改善人類賴以生存的環(huán)境。 3 第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)與能源化學(xué)與能源 4 我們的世界是生機盎然，欣欣向榮的，如果我們的世界是生機盎然，欣欣向榮的，

2、如果失失 去了能源世界將一片漆黑，萬物將走向死亡去了能源世界將一片漆黑，萬物將走向死亡。因此，。因此， 能源能源是這個世界是這個世界不可缺少的資源不可缺少的資源。 目前，化石燃料是人類生產(chǎn)、生活的主要能源。目前，化石燃料是人類生產(chǎn)、生活的主要能源。 隨著全球能源使用量的增長，隨著全球能源使用量的增長，化石燃料等不可再生化石燃料等不可再生 能源將日趨枯竭能源將日趨枯竭，這將迫切要求人們，這將迫切要求人們開發(fā)新能源開發(fā)新能源， 如開發(fā)利用如開發(fā)利用氫能、核能、太陽能氫能、核能、太陽能等等 此外，化學(xué)還要在提高此外，化學(xué)還要在提高化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成熱能，電熱能，電 能的效益，降低能耗能的效益，

3、降低能耗，研制節(jié)能產(chǎn)品等方面作出更，研制節(jié)能產(chǎn)品等方面作出更 多的努力。多的努力。 5 天然氣天然氣 化石燃料的不可再生性的能源化石燃料的不可再生性的能源 -節(jié)約能源節(jié)約能源 中國節(jié)能標(biāo)志中國節(jié)能標(biāo)志 6 核電能核電能 地?zé)崮艿責(zé)崮芴柲芴柲茱L(fēng)能風(fēng)能 可燃冰可燃冰 7 1、全球氣候的變化：、全球氣候的變化： CO2 煤、石油、天然氣的燃燒產(chǎn)物都會有二氧煤、石油、天然氣的燃燒產(chǎn)物都會有二氧 化碳，是溫室氣體，造成全球氣候變暖；化碳，是溫室氣體，造成全球氣候變暖； 8 2 2、化石燃料中，特別是煤和石油，含有硫、化石燃料中，特別是煤和石油，含有硫、 氮等雜質(zhì)，燃燒產(chǎn)物中含有氮等雜質(zhì)，燃燒產(chǎn)物中含

4、有SOSO2 2、NONOx x等酸性物等酸性物 質(zhì)，質(zhì)，造成酸雨等大氣污染物；造成酸雨等大氣污染物； 9 3 3、燃燒產(chǎn)生的熱量，對周圍的環(huán)境造成熱污染燃燒產(chǎn)生的熱量，對周圍的環(huán)境造成熱污染 火力發(fā)電站發(fā)電剩下的火力發(fā)電站發(fā)電剩下的“余熱余熱”被排放到河被排放到河 流、湖泊或海洋，是局部區(qū)域的水溫上升，流、湖泊或海洋，是局部區(qū)域的水溫上升， 嚴重時會導(dǎo)致魚類等水生生物大量死亡。嚴重時會導(dǎo)致魚類等水生生物大量死亡。 利用煤的燃燒進行火力發(fā)電中，能利用煤的燃燒進行火力發(fā)電中，能 量的轉(zhuǎn)化：量的轉(zhuǎn)化： 化學(xué)能化學(xué)能熱能熱能機械能機械能電能電能 由于轉(zhuǎn)化方式復(fù)雜、步驟繁多由于轉(zhuǎn)化方式復(fù)雜、步驟繁多

5、，造成能量有很大的損失。，造成能量有很大的損失。 10 燃料電池燃料電池是一種電化學(xué)的發(fā)電裝置。是一種電化學(xué)的發(fā)電裝置。 因為燃料電池等溫地按電化學(xué)方式直接將因為燃料電池等溫地按電化學(xué)方式直接將化學(xué)化學(xué) 能能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電能電能，不經(jīng)過熱機過程，能量轉(zhuǎn)化效率高，不經(jīng)過熱機過程，能量轉(zhuǎn)化效率高 （理論轉(zhuǎn)化率可達（理論轉(zhuǎn)化率可達100%100%，實際可達，實際可達70%70%。）；它幾乎。）；它幾乎 不產(chǎn)生不產(chǎn)生NOxNOx和和SOxSOx的排放。而且，的排放。而且，COCO2 2的排放量也比常的排放量也比常 規(guī)發(fā)電廠減少規(guī)發(fā)電廠減少4040以上。以上。 正是由于這些突出的優(yōu)越性，燃料電池技術(shù)的研

6、正是由于這些突出的優(yōu)越性，燃料電池技術(shù)的研 究和開發(fā)倍受各國政府與大公司的重視，被認為是究和開發(fā)倍受各國政府與大公司的重視，被認為是 2121世紀的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)之一。世紀的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)之一。 11 一、化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芤弧⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?1 1、化學(xué)電源：是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的、化學(xué)電源：是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的 裝置，常見的電池是化學(xué)電源。裝置，常見的電池是化學(xué)電源。 2 2、化學(xué)電源的優(yōu)點：既可以減少大氣污染，又可、化學(xué)電源的優(yōu)點：既可以減少大氣污染，又可 以提高能量的轉(zhuǎn)化效率。以提高能量的轉(zhuǎn)化效率。 12 實驗步驟：用砂紙擦去實驗步驟：用砂紙擦去 銅片、鋅

7、片表面的氧化銅片、鋅片表面的氧化 膜，用導(dǎo)線將銅片與正膜，用導(dǎo)線將銅片與正 極相連，鋅片與負極相極相連，鋅片與負極相 連，然后銅片、鋅片一連，然后銅片、鋅片一 起插入盛有硫酸銅溶液起插入盛有硫酸銅溶液 的燒杯中。的燒杯中。 3 3、實驗：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實驗、實驗：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實驗 實驗儀器：燒杯、銅片、鋅片、導(dǎo)線若干、電流實驗儀器：燒杯、銅片、鋅片、導(dǎo)線若干、電流 表、硫酸銅溶液表、硫酸銅溶液 13 一、化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芤?、化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象 化學(xué)方程式化學(xué)方程式 電流計偏轉(zhuǎn)電流計偏轉(zhuǎn) 原因原因 能量轉(zhuǎn)化的能量轉(zhuǎn)化的 形式形式 使用化學(xué)使用化學(xué) 電源的優(yōu)點電源的優(yōu)點

8、電流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片表面變色，電流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片表面變色， 長時間后溶液顏色變淺長時間后溶液顏色變淺 Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4 燒杯中發(fā)生了化學(xué)變化，在這種條件下化學(xué)燒杯中發(fā)生了化學(xué)變化，在這種條件下化學(xué) 變化可以發(fā)生電流，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。變化可以發(fā)生電流，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能 提高能量的轉(zhuǎn)化效率，減少大氣污染提高能量的轉(zhuǎn)化效率，減少大氣污染 14 電池在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用十分廣泛。不但照明燈、電池在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用十分廣泛。不但照明燈、 鐘表、計算器等電子產(chǎn)品及機動車需要電池，而且鐘表、計算器等電子產(chǎn)品及機動車需

9、要電池，而且 在航天器上也需要用到要求更高的電池。在航天器上也需要用到要求更高的電池。 15 廢舊電池廢舊電池的的危害危害主要集中在重金主要集中在重金 屬上，如屬上，如汞、鉛、鎘汞、鉛、鎘。這些物質(zhì)泄露。這些物質(zhì)泄露 出來進入水或土壤，就會通過各種途出來進入水或土壤，就會通過各種途 徑進入了人體的食物鏈，最終帶來危徑進入了人體的食物鏈，最終帶來危 害。因此務(wù)必要正確使用電池，并妥害。因此務(wù)必要正確使用電池，并妥 善回收。善回收。 16 二、氫能二、氫能 1 1、氫能源的優(yōu)點：、氫能源的優(yōu)點： （1 1）原料不受限制（來源廣）；）原料不受限制（來源廣）； （2 2）燃燒時放出熱量多（熱值高）；）

10、燃燒時放出熱量多（熱值高）； （3 3）生成物不會污染環(huán)境。）生成物不會污染環(huán)境。 故稱為故稱為“綠色能源綠色能源 2 2、氫能源的缺點：、氫能源的缺點： （1 1）制備氫氣的能耗問題（成本高）；）制備氫氣的能耗問題（成本高）； （2 2）氫氣的儲存和運輸?shù)葐栴}（安全問題）氫氣的儲存和運輸?shù)葐栴}（安全問題） 3 3、氫能源的發(fā)展前景：、氫能源的發(fā)展前景： 要利用太陽能來分解水制取氫氣，制備高效、廉價的儲氫材料要利用太陽能來分解水制取氫氣，制備高效、廉價的儲氫材料 17 二、氫能二、氫能 故稱為故稱為“綠色能源綠色能源 4 4、實驗室制取氫氣、實驗室制取氫氣 以前，我們已經(jīng)學(xué)過幾種制取氫氣的原理

11、。以前，我們已經(jīng)學(xué)過幾種制取氫氣的原理。 如鋅等活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，電解水制取氫氣如鋅等活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣，電解水制取氫氣 等。請寫出上述制取氫氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。等。請寫出上述制取氫氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。 Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 2H2O = 直流電直流電 2H2 + O2 實驗原理：通過活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣實驗原理：通過活潑金屬與稀硫酸反應(yīng)制取氫氣 通常是用金屬鋅與稀硫酸反應(yīng)，金屬鎂反應(yīng)速度過快，通常是用金屬鋅與稀硫酸反應(yīng)，金屬鎂反應(yīng)速度過快， 不利于收集，金屬鐵反應(yīng)過慢不利于收集，金屬鐵反應(yīng)過慢 若用稀鹽酸與鋅反應(yīng)生成氫氣，會使制得的氫氣

12、中含有若用稀鹽酸與鋅反應(yīng)生成氫氣，會使制得的氫氣中含有 氯化氫氣體。氯化氫氣體。 18 （2 2）反應(yīng)裝置：）反應(yīng)裝置： 注意點：注意點： ？ ？ 長頸漏斗長頸漏斗 試管 墊片 止水夾止水夾 集氣瓶 鐵架臺鐵架臺 水槽 ？ 19 優(yōu)點優(yōu)點 ：可以控制反應(yīng)的開始與結(jié)束，節(jié)省藥品；可：可以控制反應(yīng)的開始與結(jié)束，節(jié)省藥品；可 以隨時向儀器中添加液體試劑以隨時向儀器中添加液體試劑 20 A A按照實驗要求，安裝好實驗儀器；按照實驗要求，安裝好實驗儀器； B B檢查儀器裝置的氣密性：關(guān)閉止水夾，向分液漏斗中加入檢查儀器裝置的氣密性：關(guān)閉止水夾，向分液漏斗中加入 足量的水，若漏斗中的液面能存在一段水柱，并

13、不持續(xù)下降，足量的水，若漏斗中的液面能存在一段水柱，并不持續(xù)下降， 則說明原裝置氣密性良好；（則說明原裝置氣密性良好；（P2322P2322、（、（1 1） C C裝藥品：先將鋅粒放在墊片上，打開止水夾后，向長頸漏裝藥品：先將鋅粒放在墊片上，打開止水夾后，向長頸漏 斗中注入稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)放出氫氣；斗中注入稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)放出氫氣； D D驗純氣體：因為氫氣是可燃性氣體，進行性質(zhì)實驗之前務(wù)驗純氣體：因為氫氣是可燃性氣體，進行性質(zhì)實驗之前務(wù) 必進行驗純（必進行驗純（P2322P2322、（、（2 2） E E收集氣體：利用排水法或向下排空氣法收集。收集氣體：利用排水法或向下排空氣法收集。 F F

14、結(jié)束實驗：關(guān)閉止水夾，產(chǎn)生的氫氣無法從導(dǎo)氣管中逸出，結(jié)束實驗：關(guān)閉止水夾，產(chǎn)生的氫氣無法從導(dǎo)氣管中逸出， 試管中的氣壓增大，就會將稀硫酸由分液漏斗下端管口壓回分試管中的氣壓增大，就會將稀硫酸由分液漏斗下端管口壓回分 液漏斗中，從而使稀硫酸與鋅粒分離，反應(yīng)停止。液漏斗中，從而使稀硫酸與鋅粒分離，反應(yīng)停止。 21 太陽能太陽能 光分解水光分解水 光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換電解水電解水 從太陽能獲得氫氣從太陽能獲得氫氣 有什么優(yōu)點？有什么優(yōu)點？ 22 （1 1）可燃性：在空氣被點燃后，發(fā)出淡藍色火）可燃性：在空氣被點燃后，發(fā)出淡藍色火 焰，放出大量的熱焰，放出大量的熱 2H2H2 2 + O + O2 2 =

15、 2H = 2H2 2O O （主要用于氣體高能燃料）（主要用于氣體高能燃料） 點燃點燃 （2 2）還原性：在加熱條件下，能與氧化銅等反應(yīng)，）還原性：在加熱條件下，能與氧化銅等反應(yīng)， 使之變紅。使之變紅。 H H2 2 + CuO + CuO = Cu + 2H = Cu + 2H2 2O O （主要用于冶煉金屬）（主要用于冶煉金屬） 23 氫能被認為是人類最理想、最長遠的能源。作為氫氣氫能被認為是人類最理想、最長遠的能源。作為氫氣 載體的貯氫合金的研究開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化是世界性關(guān)注的課載體的貯氫合金的研究開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化是世界性關(guān)注的課 題題。 貯氫合金是一種特種金屬功能材料，用貯氫合金制作貯氫合

16、金是一種特種金屬功能材料，用貯氫合金制作 的鎳氫電池是一種清潔、高效的綠色能源。國外研制的烯的鎳氫電池是一種清潔、高效的綠色能源。國外研制的烯 氫汽車最高時速可達氫汽車最高時速可達100100公里。公里。 我國鎳和稀土儲量豐富，發(fā)展貯氫合金具有資源優(yōu)勢，我國鎳和稀土儲量豐富，發(fā)展貯氫合金具有資源優(yōu)勢， 產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景樂觀。產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景樂觀。 目前上海的一種只以氫和空氣為動力的旅游觀光車已目前上海的一種只以氫和空氣為動力的旅游觀光車已 能實現(xiàn)零污染排放，安全性能好。估計到能實現(xiàn)零污染排放，安全性能好。估計到20102010年，我國鎳年，我國鎳 氫電池產(chǎn)量將突破氫電池產(chǎn)量將突破8 8億只，產(chǎn)值將