普通化學(xué)第十一章(二)化學(xué)與能源和環(huán)境課件

化學(xué)與能源、環(huán)境第十章2023/7/301第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境教學(xué)目標1.了解人類生存的環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系

2.了解光化學(xué)煙霧、臭氧層空洞、溫室效應(yīng)和酸雨四大環(huán)境問題

3.了解大氣污染及其防治的知識

4.了解水污染及其防治的知識

第十一章

（二）化學(xué)與能源和環(huán)境2023/7/302第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境第一節(jié)能源2023/7/303第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/304第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境一、傳統(tǒng)能源1、煤2、石油和天然氣3、核能2023/7/305第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境1、煤煤的化學(xué)組成各有不同，目前公認的平均組成是：碳（C）85%，氫（H）5%，氧（O）7.6%，氮（N）0.7%，硫（S）1.7%。將其折算成原子比，可用C135H96O9NS代表。此外，還有微量的其他非金屬和金屬元素。2023/7/306第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2、石油和天然氣石油是由有機物在古代地質(zhì)年代沉積而成的一種暗褐色或黑色、有特殊刺鼻氣味的粘稠液體，主要由碳氫化合物的混合物組成，即烷族（CnH2n+2）、環(huán)烷族（CnH2n）、芳香族（CnH2n-6），其中含有約2%的氮、硫元素。自20世紀50年代開始，石油在全球一次能源的消費中比重超過了煤炭，成為主要動力資源。2023/7/307第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境天然氣的主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷，經(jīng)常與石油伴生。目前已探明天然氣的可采儲量與石油的可采儲量相當，天然氣在地下的分布廣泛待探明的儲量潛力仍很大，預(yù)計在未來的幾十年里將成為第一能源。2023/7/308第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境3、核能核能是原子核發(fā)生變化時放出的能量。核反應(yīng)通常分為四類；衰變、粒子轟擊、核裂變和核聚變。第一類為自發(fā)發(fā)生的。其他為人工核反應(yīng)。粒子轟擊是用高速粒子（質(zhì)子、中子等）轟擊原子核，導(dǎo)致核反應(yīng)。核裂變反應(yīng)是一個重原子核由于不穩(wěn)定或受到其他粒子轟擊而分裂成兩個質(zhì)量相近的新原子核，同時釋放大量能量的反應(yīng)。用來發(fā)生核裂變的核燃料主要是鈾（U）和钚（Pu）。2023/7/309第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境核聚變是由很輕的原子核在高溫下合成較重元素和原子的反應(yīng)，這種反應(yīng)比核裂變釋放的能量更多，在太陽內(nèi)部就進行著這種和反應(yīng)。用來發(fā)生核聚變的主要是氘（21D）和氚（31T）：2023/7/3010第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境一、清潔型能源2023/7/3011第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境1、水能在可再生能源中目前已獲得商業(yè)應(yīng)用的是水力發(fā)電，就是將水的勢能轉(zhuǎn)變成電能，它是一種清潔的可再生能源。它具有成本低、設(shè)備簡單的特點，并且還可以與灌溉、航運、漁業(yè)、防洪等事業(yè)結(jié)合而達到綜合利用的目的。2023/7/3012第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2、太陽能

太陽能的直接轉(zhuǎn)換利用被認為是可持續(xù)發(fā)展的世界能源系統(tǒng)的基石。這首先是因為可獲得的太陽能數(shù)量巨大，穿過大氣層到達地球表面的太陽輻射能密度為4.8kW·h/m2。地球接受的全部太陽能超過目前人類能源總消耗量的3萬倍。其次，所謂“陽光普照大地”，太陽能比其他任何能源分布更加廣泛，便于以不同的規(guī)模普遍開發(fā)利用。太陽能的利用方式主要有熱利用、光利用和光化學(xué)利用三類。2023/7/3013第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境太陽能的熱利用太陽能的光利用太陽能的光化學(xué)利用太陽能發(fā)電2023/7/3014第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境3、風(fēng)能

風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源。合理利用風(fēng)能，既可以減少環(huán)境污染，又可以減輕越來越多的能源短缺壓力。自然界中的風(fēng)能資源是極其巨大的。據(jù)世界氣象組織估計，整個地球上可以利用的風(fēng)能為2×107MW。為地球上可利用的水能總量的10倍。2023/7/3015第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境4、地?zé)崮?/p>

地球本身也是一個巨大的熱庫。地球內(nèi)部蘊藏著的熱能叫做地?zé)崮堋５責(zé)崮芤环矫娴貧ひ韵碌母邷貛r漿，另一方面來自地殼巖石中放射性元素衰變釋放出的能量。從地面向下，溫度隨著深度的增加而逐漸增高。通常，地球內(nèi)部每深入100m，溫度升高3℃，但也存在一些地?zé)岙惓^(qū)，即地?zé)崽幱诘乇砑暗貧\部。地?zé)崮芸梢酝ㄟ^火山爆發(fā)、間歇噴泉、溫泉等形式不斷地被送到地面上來。地?zé)豳Y源儲量很大，僅地下熱水及地?zé)嵴羝目偭烤拖喈斢诘厍蛏厦禾績α康?.7×108倍.地球資源在地球上的分布相當廣泛,但很不均勻。

2023/7/3016第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境5、生物質(zhì)能生物質(zhì)是指綠色植物通過光合作用直接或間接衍生的所有物質(zhì)，一般以木柴、柴草、農(nóng)業(yè)廢棄物或牲畜糞便等形式燃燒。2023/7/3017第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境現(xiàn)代生物質(zhì)的利用包括如下三方面：

（1）以木材、農(nóng)作物及城市有機物垃圾為原料，通過轉(zhuǎn)化和加工，提高其能量密度，轉(zhuǎn)化成便于儲存和使用的形式，如制取酒精。

2023/7/3018第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境（2）焚燒城市垃圾等固體有機物用于產(chǎn)生熱力和電力也是擴大生物質(zhì)利用范圍的一條途徑。此外，還有收集垃圾填埋場產(chǎn)出的沼氣以及把牲畜的糞便和農(nóng)作物廢料進行發(fā)酵來生產(chǎn)沼氣用于家庭炊事、供暖或發(fā)電。

2023/7/3019第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境（3）擴大生物質(zhì)的生產(chǎn)和利用范圍，如大力開展植樹造林，營造“能源林”，種植“能源作物”，合成人工石油。2023/7/3020第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境6、氫能氫作為化工原料在石油化學(xué)工業(yè)中有著廣泛的用途，對發(fā)展石油化學(xué)工業(yè)及農(nóng)業(yè)均有著重要作用，然而，氫對于人類還有著更為重要的作用，這就是作為能源使用。氫能是指以氫及其同位素為主體的反應(yīng)中或氫狀態(tài)變化過程中所釋放的能量，包括氫核能和氫化學(xué)能兩大部分。氫化學(xué)能是指氫燃燒生成水釋放出的能量，或者是氫和氧通過化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變的電能。2023/7/3021第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境（1）氫作為能源的只要優(yōu)點①儲量豐富，來源廣泛。②無污染。③效率高

戊硼烷戊烷氫氣燃燒值（kJ/kg）64183453671209182023/7/3022第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境（2）氫氣的其他用途①用作飛機的燃料②用作汽車的燃料③用作燃料電池2023/7/3023第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境（3）氫氣的生產(chǎn)與儲存①大規(guī)模廉價制氫技術(shù)②儲氫技術(shù)

2023/7/3024第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境7、海洋能海洋能是一個巨大的能源寶庫，大洋中的波浪、潮汐、海流等的動能和海洋溫度差能、鹽度差能等的存儲量高達天文數(shù)字。這些海洋能源是取之不盡、用之不竭的可再生能源。同時，海洋能屬于清潔能源，一旦開發(fā)后，本身對環(huán)境影響很小。

2023/7/3025第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境海洋能包括溫度差能、波浪能、潮汐與潮流能、海流能、鹽度差能、岸外風(fēng)能、海洋生物能和海洋地?zé)崮艿劝朔N。

2023/7/3026第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境8、水合甲烷近年來，越來越多的專家注意到大洋深處“可以燃燒的冰”——水合甲烷。由于甲烷是溫室氣體，一些科學(xué)家擔心它被釋放出來后加重全球變暖的趨勢，還有科學(xué)家猜測它可能是引發(fā)海底坍塌滑坡的“罪魁禍首”。然而更多人認為，以水合物形式“沉睡”在海底的巨量甲烷，可能是未來人類社會的能源寶庫。2023/7/3027第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境大洋底層的甲烷來自于海底厭氧微生物的新陳代謝，或者是海底火山的產(chǎn)物，在海底的巨大壓力下，這些甲烷分子與水分子聚合成水合甲烷。從外觀上看這種物質(zhì)猶如冰塊般晶瑩剔透，但又可以燃燒，因此它被稱為“可燃冰”。它只能在高壓下穩(wěn)定存在，因此主要分布于海底巖層的孔隙之中。

2023/7/3028第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3029第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3030第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3031第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3032第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3033第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3034第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3035第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境第二節(jié)環(huán)境問題與解決途徑2023/7/3036第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境環(huán)境是影響人類生存與發(fā)展的各種天然的經(jīng)過人工改造的自然因素

的總和。環(huán)境的含義環(huán)境自然環(huán)境人工環(huán)境生活環(huán)境生態(tài)環(huán)境2023/7/3037第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境20世紀是人類對資源和環(huán)境破壞最嚴重的100年。20世紀末，隨著東西方冷戰(zhàn)的結(jié)束，和平與發(fā)展慢慢成為人類追求文明與進步的共同主題，核戰(zhàn)爭已不再是威脅世界的第一危機，取而代之的是環(huán)境危機。如今，環(huán)境與發(fā)展問題已成為當今世界各國共同面臨的兩難選擇，成為21世紀對人類最嚴峻的挑戰(zhàn)。2023/7/3038第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境一、人類面臨的重大環(huán)境危機20世紀的高度工業(yè)化，為人類帶來豐富的物質(zhì)生活。當人們陶醉在現(xiàn)代文明的舒適享受中時，因資源過度開發(fā)引起的自然災(zāi)害以及由于環(huán)境惡化引起的各種疾病也向人類席卷而來。人類對大自然的破壞必然引起大自然的報復(fù)！在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的今天，人類發(fā)現(xiàn)自己已經(jīng)陷入重大環(huán)境危機之中。2023/7/3039第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境1、全球變暖（1）全球變暖與溫室效應(yīng)近年來，有關(guān)地球溫暖化的報道此起彼伏，日益嚴重的全球變暖趨勢開始受到世界各國的重視。

引起全球變暖的主要原因是“溫室效應(yīng)”。地球表面的溫度是由來太陽的短波熱輻射和地球自身向宇宙放出的長波熱輻射之間的平衡決定的。2023/7/3040第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境而我們的地球之所以能保持15℃左右的溫和的平均溫度是由于大氣中的CO2、H2O、CH4、O3、氯氟烴（CFCS）等“溫室氣體”對來自太陽的短波輻射具有高度的透過性，對地球發(fā)射出來的長波輻射具有高度的吸收性，只有很少的熱輻射能散失到宇宙中去，從而維持了地球表面的溫度，這種現(xiàn)象稱為“溫室效應(yīng)”。溫室效應(yīng)本是一種自然現(xiàn)象。如果沒有溫室效應(yīng)，地球上將是冰天雪地，平均氣溫為-18℃。

2023/7/3041第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境引起全球氣候變暖的“溫室效應(yīng)”是由人為因素造成的，即由于人類的活動使得大氣的溫室氣體含量增加，尤其是CO2濃度的增加對全球溫度升高起著重要作用。

（2）全球變暖帶來的影響

（3）厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)

2023/7/3042第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2、臭氧層破壞對于一切生命物質(zhì)來說，陽光就是生命的源泉。然而，太陽光中的紫外線，尤其是UV-B（波長為280~315nm的紫外線）對生物細胞組織卻具有極大的破壞作用，導(dǎo)致皮膚癌、白內(nèi)障的發(fā)病率增加。那么是什么保護了地球上的生物呢，就是處于地面20~25km高度的臭氧層。臭氧在1849年首次被人類發(fā)現(xiàn)。臭氧（O3）是氧氣（O2）的一種異構(gòu)體，在大氣中的含量僅占一億分之一，其濃度因海拔高度而異。2023/7/3043第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境臭氧層可以說是地球的保護層，因為臭氧能吸收99%的來自太陽的紫外線（UV-B）。同時，由于紫外線是平流層的熱能來源，臭氧分子是平流層大氣的重要組成部分，所以臭氧層在平流層的垂直分布對平流層的溫度結(jié)構(gòu)和大氣運動起著決定性的作用，發(fā)揮著調(diào)節(jié)氣候的重要功能。

2023/7/3044第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境臭氧層問題是美國化學(xué)家Rowland和Molina于1974年首先提出來的。他們認為，在對流層大氣中極穩(wěn)定的化學(xué)物質(zhì)CFCS被輸送到平流層后，在那里分解產(chǎn)生的原子氯將有可能破壞臭氧層。20世紀70年代末開始，科學(xué)家們開始每年春天在南極考察臭氧層。1985年，英國科學(xué)家觀測到南極上空出現(xiàn)臭氧層空洞，并證實它與氟利昂分解產(chǎn)生的氯原子有直接關(guān)系。這一消息震驚了世界。1994年，人們首次觀察到了至今為止最大的臭氧空洞，它的面積相當于一個歐洲，有2400萬km2。

2023/7/3045第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境3、生物多樣性減少地球上究竟存在多少物種？我們目前仍不確知。在地球上大約1000萬~3000萬種物種中，只有140萬已經(jīng)被命名為或被簡單地描述過。當前地球上生物多樣性損失的速度比歷史上任何時候都快，鳥類和哺乳動物現(xiàn)在的滅絕速度可能是它們在未受干擾的自然界中的100~1000倍。科學(xué)研究表明，由于人類的活動，地球上平均每天有一兩種植物消失，每15分鐘有一種生物消失。

2023/7/3046第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3047第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境4、酸雨蔓延酸雨的危害早已被發(fā)現(xiàn)。1872年，英國科學(xué)家Smith在一些工業(yè)城市發(fā)現(xiàn)雨水的酸性偏高，并第一次使用了“酸雨”這個詞。酸雨被稱為“空中死神”，是大氣污染的一種表現(xiàn)。2023/7/3048第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境“酸雨”是通俗性名稱，其準確叫法應(yīng)為酸性沉淀，既包括酸雪、酸霧、酸冰雹等酸性降水，又包括空中的污染物以干物質(zhì)的形式降落到地面后，與水分作用生成酸。就是說，即使不發(fā)生降水，浮游在云中的微小氣溶膠也能連續(xù)不斷降落，廣義的酸雨也包括這種“酸性干沉降”。

2023/7/3049第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境被稱為“空中惡魔”的酸雨目前已成為一種范圍廣泛、跨越國界的大氣污染現(xiàn)象。酸雨的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：⑴酸雨對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響⑵酸雨對陸生生態(tài)系統(tǒng)的影響⑶酸雨對各種材料的影響⑷酸雨對人體健康的影響

2023/7/3050第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境5、森林銳減歷史上，郁郁蔥蔥的森林覆蓋著地球三分之二的陸地。隨著世界人口的增長以及經(jīng)濟的發(fā)展，大片的森林遭受砍伐，然而人類損失的不僅僅只是森林，還有孕育了人類的家園。聯(lián)合國有關(guān)資料表明，全球森林面積的減少主要發(fā)生在20世紀50年代以后，而1980年至1990年期間全球平均每年損失森林995萬hm2，約等于一個韓國的面積。2023/7/3051第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境近100年來，中國森林資源銳減。原有的森林面積已經(jīng)減少了50%，木材蓄積量減少了33%；森林覆蓋率僅為13.92%，不到世界森林覆蓋率30%的一半，居世界第100位左右。中國許多主要林區(qū)，森林面積大幅度減少，昔日郁郁蔥蔥的林海已一去不復(fù)返。

2023/7/3052第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境6、土地荒漠化2023/7/3053第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境7、大氣污染2023/7/3054第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境8、水體污染2023/7/3055第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境9、海洋污染2023/7/3056第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境10、垃圾圍城2023/7/3057第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境11、放射性污染2023/7/3058第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境12、戰(zhàn)爭：生態(tài)環(huán)境的災(zāi)難2023/7/3059第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境二、室內(nèi)污染問題2023/7/3060第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境1、室內(nèi)污染物的種類及危害2023/7/3061第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2、日常生活污染2023/7/3062第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境3、建筑和裝修材料污染2023/7/3063第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境三、人類面臨新的環(huán)境問題2023/7/3064第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境1、生命倫理受到挑戰(zhàn)2023/7/3065第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2、人類遭受新舊傳染病的圍攻2023/7/3066第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境3、人類活動污染宇宙2023/7/3067第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境4、人類自身隱憂增加2023/7/3068第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3069第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3070第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3071第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3072第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境你說我說大家一起來說說我們美麗的家鄉(xiāng)2023/7/3073第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境大明山判斷下面幾幅圖各屬于什么類型的環(huán)境上海外灘臨安石長城萬里長城2023/7/3074第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境

美麗的青山湖婉如一顆明珠，綴在青山懷抱中，令人賞心悅目。青山湖有10平方公里寬曠的湖面，這里水質(zhì)清澈，空氣清新，更有全國獨有的“水上森林”景觀。然而，一段時間來，違規(guī)挖沙船在這里夜以繼日地作業(yè)，將一湖碧水攪得渾濁不堪。后來，珍珠和鴨子也相繼“看中”這里，加重了湖水的污染。青山湖漸失昔日光彩，令眾多慕名而來的游人大失所望。為了恢復(fù)青山湖美麗的景色，臨安市旅游局、水利局、交通局和環(huán)保局聯(lián)合清理了湖面及周邊的垃圾，撤出挖沙船，搬走養(yǎng)殖場，再現(xiàn)一片青山碧水。2023/7/3075第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境

思考

1）青山湖為臨安人民做出了哪些貢獻？2）青山湖遭污染后又會給臨安人民造成什么損失？3）結(jié)合前兩問，你認為人類與環(huán)境存在什么關(guān)系？

美麗的青山湖婉如一顆明珠，綴在青山懷抱中，令人賞心悅目。青山湖有10平方公里寬曠的湖面，這里水質(zhì)清澈，空氣清新，更有全國獨有的“水上森林”景觀。然而，一段時間來，違規(guī)挖沙船在這里夜以繼日地作業(yè)，將一湖碧水攪得渾濁不堪。后來，珍珠和鴨子也相繼“看中”這里，加重了湖水的污染。青山湖漸失昔日光彩，令眾多慕名而來的游人大失所望。為了恢復(fù)青山湖美麗的景色，臨安市旅游局、水利局、交通局和環(huán)保局聯(lián)合清理了湖面及周邊的垃圾，撤出挖沙船，搬走養(yǎng)殖場，再現(xiàn)一片青山碧水。2023/7/3076第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境人類環(huán)境依賴作用于自然資源廢棄物提供被開發(fā)利用排放沉積恩賜報復(fù)環(huán)境問題環(huán)境破壞環(huán)境污染有限被索取過多過多反作用2023/7/3077第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境黃河：長江，長江，我是黃河，我是黃河。長江：黃河，黃河，我也是黃河，我也是黃河2023/7/3078第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023/7/3079第十一章化學(xué)與能源、環(huán)境2023