化學(xué)與能源。ppt(編輯修改稿)
2024-09-11 20:53 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 水合物。它是一種白色固體物質(zhì)，外形像冰雪，有極強(qiáng)的燃燒力，可作為上等能源。天然氣水合物由水分子和燃?xì)夥肿?，主要是甲烷分子組成，此外還有少量的硫化氫、二氧化碳、氮和其它烴類(lèi)氣體。在低溫（－ 10℃ ~10℃ ）和高壓（ 10MPa 以上）條件下，甲烷氣體和水分子能夠合成類(lèi)冰固態(tài)物質(zhì)，具有極強(qiáng)的儲(chǔ)載氣體的能力。 天然氣水合物分子結(jié)構(gòu)式為： CH4nH20。這種天然水合物的氣體儲(chǔ)載量可達(dá)其自身體積的100~200 倍， 1m3 的固態(tài)水合物包容有約 180m3 的甲烷氣體。這意味著水合物的能量密度是煤和黑色頁(yè)巖的 10 倍，是傳統(tǒng)天然氣的 2~5 倍。在海洋中，約有 90%的區(qū)域都具備天然氣水合物生成的溫度和壓力條件。目前公認(rèn)全球的“可燃冰”總能量是所有煤、石油、天然氣總和的 2~3 倍。 H20分子 天然氣水合物分子結(jié)構(gòu) 天然氣水合物是近 20 年來(lái)才被人們發(fā)現(xiàn)的，由于其能量高、分布廣、埋藏規(guī)模大等特點(diǎn)，正嶄露頭角，有可能成為本世紀(jì)的重要能源。 全球天然氣水合物中的含碳總量大約是地球上全部化石燃料含碳總量的 2 倍，世界上絕大部分的天然氣水合物分布在海洋里，儲(chǔ)存在海底之下 500m~1000m 的水深范圍以?xún)?nèi)。海洋里天然氣水合物的資源量約為 108 m3，是陸地資源量的 100 倍。 化學(xué)電源（ chemical mains） ? 化學(xué)電源即化學(xué)電池，是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，通稱(chēng)電池，主要分為一次電池（干電池）、二次電池（蓄電池）和燃料電池。 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 目前，我國(guó)的電力資源主要來(lái)自火電和水電， 其中火電居于首位。 火電 ：通過(guò)化石燃料燃燒，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)? 熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動(dòng)蒸汽輪機(jī)， 使熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，使 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。 燃燒（氧化還原反應(yīng)） 是使化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電 能的關(guān)鍵。氧化還原反應(yīng)的 本質(zhì) 是電子的轉(zhuǎn)移， 因此在一定條件下可產(chǎn)生電流，即化學(xué)能轉(zhuǎn)化成 電能。 ? 燃煤火力發(fā)電的基本原理與主要過(guò)程？ 思考交流 ? 燃煤火力發(fā)電的主要有哪些缺點(diǎn)？ 燃煤資源有限 環(huán)境污染嚴(yán)重 能量轉(zhuǎn)化率低 ? 怎樣將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能呢？ ? 原電池 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置 ? 火力發(fā)電的實(shí)質(zhì)與特點(diǎn)？ ? 實(shí)質(zhì)：氧化還原反應(yīng)（煤和 O2）； ? 特點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)多。 化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 電能 燃燒 蒸汽 發(fā)電機(jī) 一次電池 一次電池即 原電池 （俗稱(chēng)干電池），是放電后不能再充電使其復(fù)原的電池，通電電池有正極、負(fù)極以及容器和隔膜等組成。例如鋅錳電池、堿性鋅錳電池等。 電池符號(hào)： ()Zn|ZnCl2, NH4Cl(糊狀 ) |MnO2|C(+) 電極反應(yīng) : () Zn(s) → Zn 2+(aq) + 2e (+)2MnO2 +2NH4+(aq)+2e→ Mn 2O3 +2NH3(g)+2H2O(l) 電動(dòng)勢(shì) 。它攜帶方便。 但反應(yīng)不可逆，壽命有限。 錳干電池 鋅 錳干電池內(nèi)部結(jié)構(gòu) 3. 鋅汞電池 電池符號(hào) : ()Zn(Hg)∣ KOH(糊狀，含飽和 ZnO)∣ HgO∣ C(+) 電極反應(yīng) : () Zn + 2OH 2e → ZnO + H 2O (+) HgO(s) + H2O + 2e → Hg(l) + 2OH 鋅 氧化汞電池體積小能量高，貯存性能優(yōu)良，是常用電池中放電電壓最平穩(wěn)的電源之一。缺點(diǎn)是使用汞不利于環(huán)保。 二次電池 二次電池（ Rechargeable battery)：二次電池又稱(chēng)為 充電電池 ，是指在電池放電后可通過(guò)充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。 充電電池的充放電循環(huán)可達(dá)數(shù)千次到上萬(wàn)次，故其相對(duì)干電池而言更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 目前市場(chǎng)上主要充電電池有“鎳氫”、“鎳鎘”“鉛酸（鉛蓄電池）”、“鋰離子（包括鋰電池和鋰離子聚合物電池）”等 。 ?鉛蓄電池 電池符號(hào) ()Pb|H2SO4|PbO2(+) 連續(xù)電池 在放電過(guò)程中可以不斷地輸入化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，連續(xù)產(chǎn)生電流的電池。 燃料電池就是一種連續(xù)電池。 燃料電池 (FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，作為負(fù)極，用空氣中的氧作為正極。和一般電池的主要區(qū)別在于一般電池的活性物質(zhì)是預(yù)先放在入的，因而電池容量取決于貯存的活性物質(zhì)的量；而燃料電池的活性物質(zhì)（燃料和氧化劑）是在反應(yīng)的同時(shí)源源不斷地輸入的，因此，這類(lèi)電池實(shí)際上只是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。這類(lèi)電池具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點(diǎn)，但由于成本高，系統(tǒng)比較復(fù)雜，僅限于一些特殊用途，如飛船、潛艇、軍事、電視中轉(zhuǎn)站、燈塔和浮標(biāo)等方面。 氫氧燃料電池 是以氫氣作燃料，氧氣作氧化劑，通過(guò)燃料的燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵亍? 氫氧燃料電池工作時(shí)，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時(shí)向氧電極供應(yīng)氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過(guò)電解質(zhì)生成水。這時(shí)在氫電極上有多余的電子而帶負(fù)電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類(lèi)似于燃燒的反應(yīng)過(guò)程就能連續(xù)進(jìn)行。 世界上最快的氫燃料車(chē)在法國(guó)問(wèn)世 ? 2022年 9月 20日，法國(guó) Marseille， Hysun 3000燃料電池車(chē)從柏林行駛到巴塞羅那僅僅用了 2公斤的氫燃料，創(chuàng)造了一個(gè)新的世界紀(jì)錄。從來(lái)沒(méi)有過(guò)汽車(chē)在僅僅使用氫燃料跑過(guò)這么遠(yuǎn)的路程。這種低消耗折合每 100公里使用 料。 Hysun汽車(chē)的核心部分是一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池。在這里氫和氧發(fā)生反應(yīng)生成水 , 產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)剎車(chē)的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，同時(shí)對(duì)電容器進(jìn)行控制。對(duì)于這種三輪車(chē)來(lái)說(shuō)，它的空氣阻力僅僅是普通轎車(chē)的一半。不算駕駛員和氫燃料，車(chē)的重量為 120千克，最大的時(shí)速為 80公里每小時(shí)，平時(shí)巡游的時(shí)速為 38公里每小時(shí)。 微生物燃料電池 微生物燃料電池是一種高效能的電池，使細(xì)菌能從有機(jī)廢水中產(chǎn)生大量的氫，其氫產(chǎn)率是傳統(tǒng)發(fā)酵過(guò)程的 4倍。這種微生物燃料電池不僅可以產(chǎn)生氫作為清潔能源， 也可以?xún)艋袡C(jī)廢水。 手機(jī)電池 ? 目前手機(jī)常見(jiàn)電池類(lèi)別 ? NiMH（鎳氫電池） ? Liion（鋰離
高考資料相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1