能源与化学-能源的概念与分类

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1、能源与化学9.1能源概述1.能源的分类2.世界能源结构与消费3.中国能源现状及趋势4.能源开发利用趋势限制并有计划的开采石油和天然气发展原子能加速开发利用新能源节流表9-1能源分类表9-2世界能源消费量和构成★标准煤——1kg发热量为29260kj的煤例：某原煤的发热量为20920kj/kg，则1kg这种原煤相当于标准煤：20920/29260=0.7150kg表9-3中国的能源现状和构成9.2煤、石油和天然气1.煤的种类及主要成分煤的化学组成C：主要可燃成分，C(s)+O2(g)=CO2(g)△rHmθ(298

2、.15k)=-393.5kj·mol-1H：主要可燃元素有效氢——与CSP结合，可燃烧化合氢——与O结合，不能燃烧O,S,N等：有害成分2.煤的有效洁净利用——洁净煤技术（CleanCoalTechnology简称CCT）中国洁净煤技术主要技术领域：煤炭利用前净化技术煤炭洁净燃烧煤炭的转化技术污染控制与废气、废物管理（1）煤的气化H2O(g),O2气化剂高温H2COCH4C1)C+O2=CO26)CO+H2O=CO2+H22)C+1/2O2=CO7)C+2H2=CH43)C+CO2=2CO8)CO+3H2=CH4

3、+H2O4)C+H2O=CO+H29)CO+2H2=CH45)C+2H2O=CO2+2H210)CO2+4H2=CH4+2H2O（2）煤的液化煤与石油的区别：①煤：H:C=0.4~0.8石油：H:C=1.5~1.8②煤分子量＞石油分子量10倍直接液化法间接液化法煤间接液化工厂3.石油和天然气石油的主要组成元素为CHONS83~87%10~14%0.05~25%0.02~0.25%0.05~8和煤相比（1）石油含氢量高，含氧量低。（2）石油中的碳氢化合物以直链烃为主煤中的碳氢化合物以芳烃为主各种石油产品：9.3核能

4、1.原子核的组成和结合能例：23592UA=235Z=92n=235-92=14323892UA=238Z=92n=238-92=146∴23592U和23892U是两种不同的核素，且互为同位素原子核质子（p）质子和中子总称为核子中子（n）核素（质子数和中子数都相同的一类元素）：AZXX——元素符号Z——质子数，即原子序数A——核子总数，称为质量数质量数（A）=质子数（Z）+中子数（n）同位数——质子数相同而中子数不同的核素互为同位数核引力——原子核内部核子之间存在的一种很强的结合力原子核的结合能——若干个核子结

5、合成原子核时所释放的能量结合能的计算：质量亏损△m=（中子质量+质子质量）-核的质量∵E=m·c2c（光速）=3×108m·s-1∴△E=△m·c2例：计算1mol质子和1mol中子结合成1mol氘核（21H）时可释放出多少能量（结合能）解：∵1mol质子m=1.00728g1mol中子m=1.00867g1mol21Hm=2.01355g∴△m=(1.00728g+1.00867g)–2.01355g=0.00240g=2.4×10-6kg△E=△m·c2=2.4×10-6kg×(3×108m·s-1)2=2.

6、16×108kj各原子核的每克结合能是不同的通常核子数（质量数）小的原子核，每克结合能小核子数（质量数）中等程度的原子核，每克结合能最大核子数（质量数）大于200的原子核，每克结合能变小核反应——使原子核转变成新原子核的过程核裂变——让核子数大的原子核分裂，生成核子数中等程度的新原子核的过程核聚变——让核子数很小的原子核聚合，生成核子数较大的新原子核的过程2.核裂变核裂变：是用中子（10n）轰击较重原子核使之分裂成较轻原子核的反应。U-235裂变链式反应：1gU-235可放出8×107kj的能量1g煤完全燃烧放出

7、的热量为：30kj1gU-235产生的能量相当于2.7×106g煤燃烧产生的能量核裂变的核燃料：U-235U-233Pu-239例：14456Ba+8956Kr+310n23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n13351Sb+9941Nb+410n核燃料——U-235、Pu-239中子吸收剂（控制棒）：BCdHf控制n=1中子慢化剂：使裂变产生的快中子减为慢中子反应堆：压水堆沸水堆重水堆石墨冷气堆轻水堆核反应堆核电站运行的两大问题：⑴安全问题⑵核废料的处理问题例：21H+21H→42He1g氘

8、聚变时放出的能量为：5.8×108kj3.核聚变核聚变：由很轻的原子核在极高的温度下合并成一个较重的原子核的反应。中国环流一号核聚变的优点：核聚变产物——氦核，稳定，无放射性污染，无难于处理的废料核聚变原料——氘、氚，资源丰富，可从海水中提取1kg海水中含有0.03g氘，地球上的海水约有1018吨，聚变原料十分丰富。实现核聚变的两个关键问题：反应温度足够高：109℃人为控