第二章化學(xué)與能源(已修改)
2025-01-06 07:24 本頁面
【正文】 一 能源的分類 一次能源：在自然界中可直接取得不必改變其基本形態(tài)的能源，如煤炭、天然氣、水能等。 二次能源：由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的能源產(chǎn)品，如電力、焦炭、汽油、柴油、煤氣等。 常規(guī)能源：即傳統(tǒng)能源，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源，如煤炭、石油、天然氣、核能等一次性非再生的常規(guī)能源，而水電屬于再生能源，只要河水不干涸，發(fā)電不會停止，而煤炭、石油、天然氣經(jīng)千百萬年形成，短期內(nèi)不會再生，因而為非再生能源。 新能源：以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開發(fā)的能源，最引人注目的是太陽能的利用。 二 碳的化學(xué) 目前全世界使用的能源 90% 取自化石燃料，即煤炭、石油和天然氣，碳 (C)是它們的主要組成元素，已知化合物的種類超過 1000萬種，含碳的化合物約占 90%，含碳化合物（ CO、CO NaCO3）為無機物，絕大多數(shù)為有機化合物，它們難溶于水、熔點低、容易燃燒。 三 煤炭及其綜合利用 1 世界的煤炭資源分布不均勻，對大多數(shù)埋藏在 北緯 30176。 以上，儲量前蘇聯(lián)最多，美國第二，我國第三（最南端的曾母暗沙北緯 4度、最北端的漠河 53度）。 2 煤的形成 煤是古代植物遺骸埋藏在地下，經(jīng)過漫長的時間，處于空氣不足的條件下逐漸形成的，歷時萬萬年或者是千萬年，短時間內(nèi)無法重演，所以煤是不可再生能源。 形成過程：植物殘骸堆積、深埋、脫水，形成泥煤，繼續(xù)失水，形成褐煤、之后形成煙煤、無煙煤。 3 煤的能量來自于太陽能 植物光合作用吸收太陽能，儲存了能量，煤化過程釋放能量，但在空氣不足條件下，碳不能完全變成 CO2，而以碳原子的形式固定下來。 4 煤的化學(xué)組成 可用 C135H96O9NS表示。 5 煤燃燒的污染問題 煤在我國能源消費結(jié)構(gòu)中占據(jù)首位，其大部分是直接燃燒掉了，熱效率利用不高且有環(huán)境污染。直接燒煤形成的 CO2是全球溫室效應(yīng)的罪魁，而 SO2和 NOX是造成酸雨的禍首。因此，煤炭的綜合利用具有很大的經(jīng)濟價值和實際意義。 6 煤的合理利用方法 a 煤的氣化 — 以煤為原料，以氧氣、水蒸氣作為氣化劑，在氧氣不足、高溫高壓下通過化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體，煤的氣化涉及到 10個基本反應(yīng)， 化肥廠合成氨，需要 H2，可利用④、⑥，供居民使用可利用⑦， ④不安全?？筛鶕?jù)不同的目的，調(diào)節(jié)煤、空氣、水的比例， b 煤的焦化 (干餾） 將煤置于隔絕空氣的封閉煉焦?fàn)t內(nèi)加熱，煤分解成固態(tài)的焦炭、液態(tài)的煤焦油和氣態(tài)的焦?fàn)t氣。 焦炭 主要用于煉鐵，還可用于制造電石、電極。 煤焦油 黑色油狀液體，含苯、酚、萘、蒽等重要化工原料。 焦?fàn)t氣 含 H CO、 CO CH C2H NH H2S等。 C 煤的液化（人造石油） 原理：煤、石油都含 C、 H、 O，但煤的分子量是石油的十倍，所以，煤加熱裂解，由大變小，得到燃料油，仍在試驗階段。 ? 綜上所述，煤是能源，也是重要的化工原料，我國是世界上最大的耗煤國家，但 70%的煤都是直接燒掉，浪費資源，也污染環(huán)境，積極開展煤的綜合利用十分必要 四 石油和天然氣 石油為工農(nóng)業(yè)、運輸業(yè)、國防提供了重要燃料和其他化工產(chǎn)品，石油產(chǎn)品數(shù)以千計，與人們的生活息息相關(guān)，因此稱為“工業(yè)的血液”。石油常跟天然氣共存。 如果你控制了石油，你就控制了所有國家；如果你控制了糧食，你就控制了所有的人；如果你控制了貨幣，你就控制了整個世界。 —— 基辛格（當(dāng)代美國著名外交家、國際問題專家， 1973年諾貝爾和平獎獲得者。） ? 1 石油主要的含油帶集中在北緯 20176。 48176。之間， 中東地區(qū) 已探明的石油儲量占世界的 60%以上。 ? 2 石油的形成 ? 石油是遠古時代沉積在海底湖泊中的動植物的遺體，在海洋條件作用下經(jīng)過千百萬年的漫長轉(zhuǎn)化過程而生成。 3 石油的重要性 石油是國家現(xiàn)代化建設(shè)的戰(zhàn)略物資，許多國際爭端往往同石油資源有關(guān)，現(xiàn)代生活中的衣食住行直接或間接地都與石油有關(guān)。 OPEC— 沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、科威特等 13個國家成立了“石油輸出國組織歐佩克（ OPEC)”。 石油危機 4 石油的組成元素 天然氣的主要成分是甲烷（ CH4),還有少量的乙烷和丙烷，它和石油伴生，一般每噸石油大概伴有 1000立方米的天然氣。天然氣是最“清潔”的燃料，燃燒產(chǎn)物為 CO2和 H2O，都是無毒物質(zhì)，且管道輸送也很方便。 5 石油的煉制 未經(jīng)處理的石油稱為原油，必須經(jīng)過多步煉制才能使用。主要有分餾、裂化、重整、精制等。 汽油性能的表征 —— 辛烷值 汽油質(zhì)量用辛烷值表示，因為汽油燃燒時有爆炸性，會降低汽油的使用效率，其中以 C7C8為主，抗震性能最好的是異辛烷，將其辛烷值定標為 100，抗震性最差性為正庚烷，定其辛烷值為 0。 93號汽油，辛烷值為 93，表示它的抗震性能與 93%異辛烷 7%正庚烷的混合物相當(dāng)（并非一定含 93%異辛烷） 辛烷值是汽油抗暴性能的間接量度 提高汽油辛烷值的方法： （鉑錸重整） 直鏈烴變成帶支鏈的烷烴異構(gòu)體； [Pb(C2H5)2]— 1升汽油中加入 1ml，辛烷值可提高 1012。 尾氣中的微量含鉛混合物已成公害，高度的潛在致癌性。大氣中的鉛含量很高，其中 97％來自于汽車尾氣的排放，目前市場上主要無鉛汽油。 無鉛汽油與無鉛抗爆劑 目前，取代四乙基鉛的物質(zhì)主要有：芳香烴類、甲基叔丁基醚 [MTBE， CH3O(CH3)3]、三乙基丁醚、三戊基甲醚、羰基錳 （ MMT） 、
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