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1、 Date1第十一章 化学与能源、环境 教学目标 1.了解人类生存的环境与生态系统的关系 2.了解光化学烟雾、臭氧层空洞、温室效应和 酸雨四大环境问题 3.了解大气污染及其防治的知识 4.了解水污染及其防治的知识 第十一章第十一章 （二）化学与能源和环境（二）化学与能源和环境 Date2第十一章 化学与能源、环境 第一节 能源 Date3第十一章 化学与能源、环境 Date4第十一章 化学与能源、环境 一、传统能源 1、煤 2、石油和天然气 3、核能 Date5第十一章 化学与能源、环境 1、煤 煤的化学组成各有不同，目前公 认的平均组成是：碳（C）85%， 氢（H）5%，氧（O）7.6%，氮
2、 （N）0.7%，硫（S）1.7%。将其 折算成原子比，可用C135H96O9NS 代表。此外，还有微量的其他非 金属和金属元素。 Date6第十一章 化学与能源、环境 2、石油和天然气 石油是由有机物在古代地质年代沉积而 成的一种暗褐色或黑色、有特殊刺鼻气 味的粘稠液体，主要由碳氢化合物的混 合物组成，即烷族（CnH2n+2）、环烷族 （ CnH2n）、芳香族（ CnH2n-6），其中 含有约2%的氮、硫元素。自20世纪50年 代开始，石油在全球一次能源的消费中 比重超过了煤炭，成为主要动力资源。 Date7第十一章 化学与能源、环境 天然气的主要成分是甲烷，其次是乙 烷、丙烷、丁烷，经常与
3、石油伴生。 目前已探明天然气的可采储量与石油 的可采储量相当，天然气在地下的分 布广泛待探明的储量潜力仍很大，预 计在未来的几十年里将成为第一能源 。 Date8第十一章 化学与能源、环境 3、核能 核能是原子核发生变化时放出的能量。核 反应通常分为四类；衰变、粒子轰击、核 裂变和核聚变。第一类为自发发生的。其 他为人工核反应。粒子轰击是用高速粒子 （质子、中子等）轰击原子核，导致核反 应。核裂变反应是一个重原子核由于不稳 定或受到其他粒子轰击而分裂成两个质量 相近的新原子核，同时释放大量能量的反 应。用来发生核裂变的核燃料主要是铀（ U）和钚（Pu）。 Date9第十一章 化学与能源、环境
4、核聚变是由很轻的原子核在高温下合成 较重元素和原子的反应，这种反应比核 裂变释放的能量更多，在太阳内部就进 行着这种和反应。用来发生核聚变的主 要是氘（21D）和氚（31T）： Date10第十一章 化学与能源、环境 一、清洁型能源 Date11第十一章 化学与能源、环境 1、水能 在可再生能源中目前已获得商业应用的是 水力发电，就是将水的势能转变成电能， 它是一种清洁的可再生能源。它具有成本 低、设备简单的特点，并且还可以与灌溉 、航运、渔业、防洪等事业结合而达到综 合利用的目的。 Date12第十一章 化学与能源、环境 2、太阳能 太阳能的直接转换利用被认为是可持续发 展的世界能源系统的基
5、石。这首先是因为 可获得的太阳能数量巨大，穿过大气层到 达地球表面的太阳辐射能密度为 4.8kWh/m2。地球接受的全部太阳能超过 目前人类能源总消耗量的3万倍。其次，所 谓“阳光普照大地”，太阳能比其他任何能 源分布更加广泛，便于以不同的规模普遍 开发利用。太阳能的利用方式主要有热利 用、光利用和光化学利用三类。 Date13第十一章 化学与能源、环境 太阳能的热利用 太阳能的光利用 太阳能的光化学利用 太阳能发电 Date14第十一章 化学与能源、环境 3、风能 风能是太阳能的一种转换形式，是一种 重要的自然能源。合理利用风能，既可以 减少环境污染，又可以减轻越来越多的能 源短缺压力。自然
6、界中的风能资源是极其 巨大的。据世界气象组织估计，整个地球 上可以利用的风能为2107MW。为地球 上可利用的水能总量的10倍。 Date15第十一章 化学与能源、环境 4、地热能 地球本身也是一个巨大的热库。地球内部蕴藏着的 热能叫做地热能。地热能一方面地壳以下的高温岩 浆，另一方面来自地壳岩石中放射性元素衰变释放 出的能量。从地面向下，温度随着深度的增加而逐 渐增高。通常，地球内部每深入100m，温度升高 3，但也存在一些地热异常区，即地热处于地表 及地壳浅部。地热能可以通过火山爆发、间歇喷泉 、温泉等形式不断地被送到地面上来。地热资源储 量很大，仅地下热水及地热蒸汽的总量就相当于地 球上
7、煤炭储量的1.7108倍.地球资源在地球上的分 布相当广泛,但很不均匀。 Date16第十一章 化学与能源、环境 5、生物质能 生物质是指绿色植物通过光合作用直 接或间接衍生的所有物质，一般以木 柴、柴草、农业废弃物或牲畜粪便等 形式燃烧。 Date17第十一章 化学与能源、环境 现代生物质的利用包括如下三方面 ： （1）以木材、农作物及城市有机物 垃圾为原料，通过转化和加工，提高 其能量密度，转化成便于储存和使用 的形式，如制取酒精。 Date18第十一章 化学与能源、环境 （2）焚烧城市垃圾等固体有机物用于产 生热力和电力也是扩大生物质利用范围 的一条途径。此外，还有收集垃圾填埋 场产出的
8、沼气以及把牲畜的粪便和农作 物废料进行发酵来生产沼气用于家庭炊 事、供暖或发电。 Date19第十一章 化学与能源、环境 （3）扩大生物质的生产和利用范围， 如大力开展植树造林，营造“能源林” ，种植“能源作物”，合成人工石油。 Date20第十一章 化学与能源、环境 6、氢能 氢作为化工原料在石油化学工业中有着 广泛的用途，对发展石油化学工业及农 业均有着重要作用，然而，氢对于人类 还有着更为重要的作用，这就是作为能 源使用。氢能是指以氢及其同位素为主 体的反应中或氢状态变化过程中所释放 的能量，包括氢核能和氢化学能两大部 分。氢化学能是指氢燃烧生成水释放出 的能量，或者是氢和氧通过化学反应
9、直 接转变的电能。 Date21第十一章 化学与能源、环境 （1）氢作为能源的只要优点 储量丰富，来源广泛。 无污染。 效率高 戊硼烷戊烷氢气 燃烧值（ kJ/kg） 6418345367120918 Date22第十一章 化学与能源、环境 （2）氢气的其他用途 用作飞机的燃料 用作汽车的燃料 用作燃料电池 Date23第十一章 化学与能源、环境 （3）氢气的生产与储存 大规模廉价制氢技术 储氢技术 Date24第十一章 化学与能源、环境 7、海洋能 海洋能是一个巨大的能源宝库，大洋中 的波浪、潮汐、海流等的动能和海洋温 度差能、盐度差能等的存储量高达天文 数字。这些海洋能源是取之不尽、用之
10、不竭的可再生能源。同时，海洋能属于 清洁能源，一旦开发后，本身对环境影 响很小。 Date25第十一章 化学与能源、环境 海洋能包括温度差能、波浪能、潮汐 与潮流能、海流能、盐度差能、岸外 风能、海洋生物能和海洋地热能等八 种。 Date26第十一章 化学与能源、环境 8、水合甲烷 近年来，越来越多的专家注意到大洋深 处“可以燃烧的冰”水合甲烷。由 于甲烷是温室气体，一些科学家担心它 被释放出来后加重全球变暖的趋势，还 有科学家猜测它可能是引发海底坍塌滑 坡的“罪魁祸首”。然而更多人认为， 以水合物形式“沉睡”在海底的巨量甲 烷，可能是未来人类社会的能源宝库。 Date27第十一章 化学与能源
11、、环境 大洋底层的甲烷来自于海底厌氧微 生物的新陈代谢，或者是海底火山 的产物，在海底的巨大压力下，这 些甲烷分子与水分子聚合成水合甲 烷。从外观上看这种物质犹如冰块 般晶莹剔透，但又可以燃烧，因此 它被称为“可燃冰”。它只能在高 压下稳定存在，因此主要分布于海 底岩层的孔隙之中。 Date28第十一章 化学与能源、环境 Date29第十一章 化学与能源、环境 Date30第十一章 化学与能源、环境 Date31第十一章 化学与能源、环境 Date32第十一章 化学与能源、环境 Date33第十一章 化学与能源、环境 Date34第十一章 化学与能源、环境 Date35第十一章 化学与能源、环
12、境 第二节 环境问题与解决途径 Date36第十一章 化学与能源、环境 环境是影响人类生存 与发展的各种 天然的 经过人工改造的 自然因素 的总和。 环境的含义 环境 自然环境 人工环境 生活环境 生态环境 Date37第十一章 化学与能源、环境 20世纪是人类对资源和环境破坏最严重的100 年。20世纪末，随着东西方冷战的结束，和 平与发展慢慢成为人类追求文明与进步的共 同主题，核战争已不再是威胁世界的第一危 机，取而代之的是环境危机。如今，环境与 发展问题已成为当今世界各国共同面临的两 难选择，成为21世纪对人类最严峻的挑战。 Date38第十一章 化学与能源、环境 一、人类面临的重大环境
13、危机 20世纪的高度工业化，为人类带来丰富 的物质生活。当人们陶醉在现代文明的 舒适享受中时，因资源过度开发引起的 自然灾害以及由于环境恶化引起的各种 疾病也向人类席卷而来。人类对大自然 的破坏必然引起大自然的报复！在科学 技术迅速发展的今天，人类发现自己已 经陷入重大环境危机之中。 Date39第十一章 化学与能源、环境 1、全球变暖 （1）全球变暖与温室效应 近年来，有关地球温暖化的报道此起彼伏 ，日益严重的全球变暖趋势开始受到世界 各国的重视。 引起全球变暖的主要原因是“温室效应 ”。地球表面的温度是由来太阳的短波热 辐射和地球自身向宇宙放出的长波热辐射 之间的平衡决定的。 Date40
14、第十一章 化学与能源、环境 而我们的地球之所以能保持15左右的 温和的平均温度是由于大气中的CO2、 H2O、CH4、O3、氯氟烃（CFCS）等“ 温室气体”对来自太阳的短波辐射具有 高度的透过性，对地球发射出来的长波 辐射具有高度的吸收性，只有很少的热 辐射能散失到宇宙中去，从而维持了地 球表面的温度，这种现象称为“温室效 应”。温室效应本是一种自然现象。如 果没有温室效应，地球上将是冰天雪地 ，平均气温为-18。 Date41第十一章 化学与能源、环境 引起全球气候变暖的“温室效应”是 由人为因素造成的，即由于人类的活 动使得大气的温室气体含量增加，尤 其是CO2浓度的增加对全球温度升高
15、起着重要作用。 （2）全球变暖带来的影响 （3）厄尔尼诺和拉尼娜现象频繁出现 Date42第十一章 化学与能源、环境 2、臭氧层破坏 对于一切生命物质来说，阳光就是生命的 源泉。然而，太阳光中的紫外线，尤其是 UV-B（波长为280315nm的紫外线）对生 物细胞组织却具有极大的破坏作用，导致 皮肤癌、白内障的发病率增加。那么是什 么保护了地球上的生物呢，就是处于地面 2025km高度的臭氧层。臭氧在1849年首 次被人类发现。臭氧（O3）是氧气（O2） 的一种异构体，在大气中的含量仅占一亿 分之一，其浓度因海拔高度而异。 Date43第十一章 化学与能源、环境 臭氧层可以说是地球的保护层，因
16、为臭 氧能吸收99%的来自太阳的紫外线（ UV-B）。同时，由于紫外线是平流层 的热能来源，臭氧分子是平流层大气的 重要组成部分，所以臭氧层在平流层的 垂直分布对平流层的温度结构和大气运 动起着决定性的作用，发挥着调节气候 的重要功能。 Date44第十一章 化学与能源、环境 臭氧层问题是美国化学家Rowland和Molina 于1974年首先提出来的。他们认为，在对流 层大气中极稳定的化学物质CFCS被输送到平 流层后，在那里分解产生的原子氯将有可能 破坏臭氧层。20世纪70年代末开始，科学家 们开始每年春天在南极考察臭氧层。1985年 ，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空 洞，并证实它与氟利昂分解产生的氯原子有 直接关系。这一消息震惊了世界。1994年， 人们首次观察到了至今为止最大的臭氧空洞 ，它的面积相当于一个欧洲，有2400万km2 。 Date45第十一章 化学与能源、环境 3、生物多样性减少 地球上究竟存在多少物种？我们目前仍不 确知。在地球上大约1000万3000万种物种 中，只有140万已经被命名为或
