【正文】 ? 污染少 思考 ： 西氣東送具有哪些重要意義？ 首頁 上一頁 下一頁 末頁 79 3. 沼氣和生物質(zhì)能 植物殘?bào)w在隔絕空氣的情況下發(fā)生自然分解時(shí)產(chǎn)生的氣體稱為沼氣。 沼氣約含 60%的甲烷，其余為二氧化碳和少量的CO、 H H2S等。 思考 ： 可用哪些原料制備沼氣？如果你來自農(nóng)村，你家使用過沼氣嗎？ 答：農(nóng)村一般用人畜糞便、雜草等制取沼氣。 生物質(zhì)能的現(xiàn)代利用是將植物枝桿等在汽化爐中加壓汽化制成可燃?xì)怏w。 答：都是。沼氣也屬于生物質(zhì)能。柴火是生物質(zhì)能的直接利用。 思考 ： 沼氣和柴火是生物質(zhì)能嗎？ 首頁 上一頁 下一頁 末頁 80 4. 可燃冰 —未來的新能源 天然氣被包進(jìn)水分子中，在深海的低溫高壓下形成的透明結(jié)晶，外形似冰，用火柴一點(diǎn)就著，故稱“可燃冰”。 CH4xH2O (s)。 形成條件：低溫高壓如 0℃ ， 76 MPa。 儲(chǔ)量： 尚難正確估計(jì)，各文發(fā)表的數(shù)據(jù)相差較大 。預(yù)測(cè)總量相當(dāng)于 161萬億噸煤，可用 100萬年；是地球上煤、石油和天然氣能量總和的 2~3倍。 分布：深水大陸架和陸地永久凍土帶。我國(guó)東海、南海有大量可燃冰，約相當(dāng)于全國(guó)石油儲(chǔ)量的一半。 開采難，儲(chǔ)量豐富。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 81 煤氣和液化氣 煤氣 煤的合成氣及煉焦氣都是城市煤氣。 來源于石油，主要成分為丙烷、丁烷等，煉油廠的副產(chǎn)品。 液化氣 煤氣的組成 H2： 50%； CO： 15%； CH4： 15%，熱值約 16MJ ?M3 思考 ： 與煤氣相比，液化氣有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 答：無毒、低污染、熱值高于煤氣。 液化氣作動(dòng)力 → 綠色汽車 ← 燃料電池（各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展）。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 82 清潔能源與可持續(xù)發(fā)展 思考 1： 目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是無限的 (不考慮太陽的壽命 )？ 思考 2： 你認(rèn)為伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)的深層次原因是什么？ 1：礦物能源（煤炭和石油）是有限的，來自宇宙的能源（如太陽能）和核能是無限的。 2： 開放性的結(jié)論 1992年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境于發(fā)展大會(huì)上提出了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的口號(hào)。能源作為最緊缺的資源對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵的作用。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 83 能源開發(fā)與可持續(xù)發(fā)展 我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源比重太小。必須合理開發(fā)及進(jìn)一步開發(fā)新能源，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 。 圖 治理前的熱電廠 最有希望的清潔能源是氫能、太陽能以及核能和生物質(zhì)能等。 可持續(xù)發(fā)展三原則：公平性、共同性和持續(xù)性。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 84 氫能 氫能是一種理想的二次清潔能源。 氫能的優(yōu)點(diǎn) ? 熱值高，其數(shù)值為 ?kg1。 ? 燃燒反應(yīng)速率快，功率高 ? 原料是水，取之不盡 ? 產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境 思考 ： 用氫作能源目前還存在一些問題，你認(rèn)為是哪些方面的問題？ 經(jīng)濟(jì)的制備方法，安全高效的儲(chǔ)運(yùn)方法和有效地利用。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 85 1. 氫氣的制取 ? 太陽能光解 ? 電解 作為氯堿工業(yè)的副產(chǎn)品，是目前工業(yè)氫氣的制備方法。 2NaCl + 2H2O Cl2 + H2 + 2NaOH 電解 思考 ： 用電解的方法大規(guī)模制取用作能源的氫氣可行嗎？ 從經(jīng)濟(jì)上考慮是不可行的。 利用太陽光的能量催化分解水得到氫氣，最有前途的制氫方法。是研究的熱點(diǎn)。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 86 2. 氫氣的儲(chǔ)運(yùn) 氫氣的密度小，且極難加壓液化，因此氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是一個(gè)比較困難的問題。 合金貯氫法 原理 ：氫可以與某些合金在較高的壓力下生成化合物，這些化合物在合適的條件下可以釋放出氫氣。如鑭鎳合金： 開發(fā)研究貯氫合金材料是當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的熱門分支。 LaNi5 + 3H2 LaNi5H6 300kPa 加熱 首頁 上一頁 下一頁 末頁 87 太陽能 太陽能是一種取之不盡、用之不竭的天然核聚變能。太陽能的利用不會(huì)引起環(huán)境污染，不會(huì)破壞自然生態(tài)。因此是人類最可靠、最有前景的能源形式 。 思考 ： 如何利用太陽能？ 太陽能的利用方法是將太陽能轉(zhuǎn)換為更方便使用的能量形式，主要有以下三種： ? 轉(zhuǎn)換為熱能 ? 轉(zhuǎn)換為電能 ? 轉(zhuǎn)換為化學(xué)能 圖 太陽能電池 首頁 上一頁 下一頁 末頁 88 1. 轉(zhuǎn)換為熱能 思考 ： 太陽能熱水器的工作原理？ 太陽能熱水器是目前廣泛利用太陽能最典型的一個(gè)例子。其原理就是將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，是目前直接利用太陽能的最主要方式。 將光能轉(zhuǎn)換為熱能的關(guān)鍵是吸收材料，一般選用黑色、表面粗糙的材料以減少反射，增加對(duì)光子的有效吸收。 思考 ： 太陽光能的缺點(diǎn)是什么？ 能量密度低，因此設(shè)備的表面積必須很大。 對(duì)天氣的依賴性強(qiáng)。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 89 2. 轉(zhuǎn)換為電能 思考 ： 你能舉出光能轉(zhuǎn)換為電能的例子嗎？ 光電池是人們最感興趣的將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種設(shè)備。當(dāng)光照射到一些半導(dǎo)體材料上時(shí)，半導(dǎo)體材料中的電子就可以吸收光子而躍遷到導(dǎo)帶并產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。 光電池在收音機(jī)、計(jì)算器、汽車、飛機(jī)、人造衛(wèi)星等航天器的儀表等方面已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 90 3. 轉(zhuǎn)換為化學(xué)能 植物能夠從空氣中的二氧化碳和根部吸收的水，利用太陽能進(jìn)行光合作用合成碳水化合物而以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存能量。 思考 ： 你能舉出一些將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的例子嗎？ 太陽能光解制氫是近幾年的熱門研究課題。這是將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的一種最有效的方法。 模擬光合作用也是各國(guó)科學(xué)家感興趣的課題。 思考 ： 如果你燒過柴火，你有沒有意識(shí)到你正在間接地利用太陽能？ 首頁 上一頁 下一頁 末頁 91 選讀材料 核能 核能的產(chǎn)生主要有兩種方式，核裂變和核聚變。釋放的能量用質(zhì)能方程計(jì)算： 2mcE ???在中子的轟擊作用下，較重原子核 分裂 成輕原子核的反應(yīng)稱為核裂變反應(yīng)。 n3Kr BanU 1091361425610235 92 ????Ⅰ . 核燃料和核能的來源 1. 核裂變反應(yīng) 首頁 上一頁 下一頁 末頁 92 該反應(yīng)損失質(zhì)量 Δm = mol1，能量變化為： 11021812m o )sm103()m o lg2 1 1 (???????????????? mcE此能量相當(dāng)于 。 核裂變是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，不加控制則可制造成原子 彈；如加以控制，例如使用 慢化劑 —水，重水和石墨，則可建造成核電站。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 93 2. 核聚變反應(yīng) 高溫作用下，輕原子核 合并 成較重原子核的反應(yīng)。 nHeHH 10423121 ???釋放的能量同樣用質(zhì)能方程計(jì)算。 圖 氫彈爆炸 太陽能就是氫的核聚變能，經(jīng)計(jì)算1mol 聚變放出的能量為： H2119 m olkJ106 ?????? E由于氫原子質(zhì)量小，如折合成每 g物質(zhì)反應(yīng)的熱量， 則氫聚變所釋放是能量是相同質(zhì)量的鈾裂變能量的 3倍多。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 94 Ⅱ . 核電的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì) ? 發(fā)展核能是必由之路 由其優(yōu)勢(shì)決定：高密度、清潔、經(jīng)濟(jì)、安全的能源。 ? 核電的發(fā)展趨勢(shì) (1) 熱堆的應(yīng)用。應(yīng)用廣泛但燃料利用率很低；完善、智能化。 (2) 快堆的應(yīng)用。核燃料利用充分，但工藝復(fù)雜，成本較高 。加快研究和開發(fā)。 (3)可控?zé)峋圩兌选Ｌ幱诨A(chǔ)研究階段，前景誘人。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 95 圖 秦山核電廠外景 秦山核電站二期工程施工現(xiàn)場(chǎng) 鳥 瞰 一 期 首頁 上一頁 下一頁 末頁 96 熱力學(xué)能的組成部分和波譜分析概要 * (1)平動(dòng)能 Ut：質(zhì)點(diǎn)在三維空間的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的能量。通常只有流體質(zhì)點(diǎn)具有該能量。 (2)轉(zhuǎn)動(dòng)能 Ur：質(zhì)點(diǎn)環(huán)繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)所具有的能量。單原子氣體沒有該能量。 (3)振動(dòng)能 Uv：與分子或多原子離子中的組成原子間相對(duì)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)有關(guān)的能量。物質(zhì)具有零點(diǎn)震動(dòng)能。 (4)電子能 Ue：原子核與電子之間的相互作用系統(tǒng)所具有的能量。它是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要部分。 以上形式的能量依次增大，且它們均是量子化的。 首頁 上一頁 下一頁 末頁 97 波譜分析概要 * 利用物質(zhì)發(fā)射或吸收電磁輻射波來進(jìn)行定性及定量分析的測(cè)試方法。 一般地，根據(jù)波長(zhǎng)可進(jìn)行定性分析； 根據(jù)波譜強(qiáng)度可進(jìn)行定量分析。 圖 500 MHz核磁共振波譜儀 首頁 上一頁 下一頁 末頁 98 本章小結(jié) ?了解若干熱力學(xué)基本概念（如狀態(tài)函數(shù)、熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)、反應(yīng)進(jìn)度、焓等）和定容熱效應(yīng) q的測(cè)定 。 ?理解熱化學(xué)定律及其應(yīng)用；掌握反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變的近似計(jì)算； ?了解能源的概況和我國(guó)能源的特征，及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。