6化学与能源20111107

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1、第六章能源与化学6.1能源的分类6.2化石燃料6.3化学能源6.4氢能源6.5核能源5.6太阳能本章要点：能源概况原电池、电极电势、能斯特方程式燃料电池原理（碱性燃料电池的电极反应）核裂变、核聚变的原理、应用氢能一次能源存在于自然界中的可直接利用其能量的能源。二次能源不是自然界天然存在的，是人类利用一次能源经过加工转化而取得的能源。6.1能源的分类世界煤的储存量：约13万亿吨我国煤的储存量：约7300亿吨煤化学煤炭：天然存在：泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤人工产品：木炭、焦炭、煤球植物泥炭褐煤烟煤无烟煤6.2化石燃料煤的主要成分：C

2、、H、O、N、S、P、稀有元素泥、沙等矿物杂质和水分19世纪以前，世界上能源消耗以煤炭为主。20世纪60年代起，世界能源消耗中，石油与天然气所占的比例超过了煤炭。当前工业发达国家消耗的一次能源中，石油与天然气占60%以上，煤炭中占20%左右。煤的缺点：煤的发热值比石油、天然气低得多，利用效率低。通常的采煤方法，开采率仅为60%左右。运输比石油、天然气困难。煤在燃烧过程中生成的SO2,SO3污染环境，是引起酸雨的主要原因。煤的气化技术：用水蒸气、氧气或空气在高温下与煤作用，生成H2，CO和CH4等可燃的混合物气体的过程，生成的燃

3、气即通常所说的煤气。煤的液化技术：有直接液化法和间接液化法，能提高煤的热值和利用价值，方便运送，生产洁净燃料。1.水煤气C(s,焦炭)+O2(g)=CO2(g)Hθ(298.15K)=-393.5kJ.mol-1C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)Hθ(298.15K)=131.3kJ.mol-1CO(s)+½O2(g)=CO2(g)Hθ(298.15K)=-283.0kJ.mol-1H2(g)+½O2(g)=H2O(l)Hθ(298.15K)=-285.8kJ.mol-12.合成气H240%CO15%CH4

4、15%CO230%加压气化法城市煤气的生产合成气系列产品：3.煤炭的液化直接液化：煤粉＋重质油(煤焦油)＋催化剂高温高压下加氢反应间接液化：煤粉气化为CO和H2，高压催化4.洁净煤技术燃烧前脱硫技术燃烧中脱硫烟气脱硫微生物脱硫石油(原油)：多种碳氢化合物的混合物。烷烃、环烷烃、芳香烃、烯烃有机S、O、N化合物水分、矿物质石蜡基石油烯基石油中间基石油芳香基石油石油第四章能源与化学原油加工流程及其主要产品乙烯系列产品：辛烷值：汽油抗爆性的指标。汽油异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷)100正庚烷0抗爆添加剂：四乙基铅(1921年发

5、现的，1923年开始在车用汽油中使用)导出剂：溴乙烷（二溴乙烷）甲基环戊二烯三羰基锰（MMT）、乙醇汽油新型抗爆填加剂：甲烷（重要成分）少量的乙烷、其它碳氢化合物天然气掺水燃烧的燃料制氢催化剂的应用水蒸汽重整催化剂水煤气反应催化剂和燃烧催化剂水裂解催化剂掺水燃料结构与性能的关系原电池与电极电势1.氧化还原反应还原剂氧化剂电子的转移过程：明显的电子转移电子的略微偏移6.3化学电源氧化还原反应：在化学反应过程中，元素的原子或离子在反应前后氧化数发生了变化的一类反应。氧化：氧化数升高的过程。还原：氧化数降低的过程。2.原电池使化学能

6、变为电能的装置；能使氧化还原反应产生电流的装置负极：Zn=Zn2++2e正极：Cu2++2e=Cu总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu(-)Zn

7、ZnSO4(c1)

8、

9、CuSO4(c2)

10、Cu(+)电池符号：(-)Pt

11、H2(pθ)

12、H+(1mol.ml-1)

13、

14、Fe3+(1mol.ml-1),Fe2+(1mol.ml-1)

15、Pt(+)(-)Cu

16、CuSO4(c1)

17、

18、AgNO3(c2)

19、Ag(+)3.电极电势产生在金属和它的盐溶液之间的电势与金属本身的活泼性有关与溶液中金属离子浓度有关与温度有关M=Mn++ne标准氢电极

20、铂片吸附H2达饱和－氢电极298K，100kPa，纯H21mol.l-1H+溶液H2=2H++2e标准电极电势298.15K离子浓度为1mol.l-1，气体分压为100kPaEθ原电池的电动势：E=E正–E负E=E正–E负标准态下：电极的类型：a)金属－金属离子电极b)气体－离子电极c)金属－金属难溶盐－阴离子电极d)“氧化－还原”电极例根据下列氧化还原反应，写出相应的电池符号。解：氧化作用（负极）还原作用（正极）所以，电池符号为：能斯特(Nernst)方程式：aA(氧化态)+ne=bB(还原态)浓度对电极电势的影响：E

21、:指定浓度下的电极电势Eθ:标准电极电势n:电极反应中的得失电子数298.15K下，方程式中的[氧化态]和[还原态]并非专指氧化数有变化的物质，而是包括了参与电极反应的其它物质。如果电对中的某一物质是固体或液体，则它们的浓度均为常数，常认为是1。如果电对中的某一物质是气体，其