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1、化学优化化学优化第第一一章章 化学反应与能量变化化学反应与能量变化 第五课第五课世界能源的主要来源材料材料1：目前全世界已经探明的石油储藏量约有1400亿多吨。现在，全世界每年的石油的消费量是35亿吨。问题解决：假如不再发现新的石油储藏，人类还可以用多少年？请大家观察下列一组数据：请大家观察下列一组数据：如果人类以目前的速度使用地球上的化如果人类以目前的速度使用地球上的化学能源，那么石油在学能源，那么石油在40年后将被用尽，年后将被用尽，v煤在煤在220年后将被用尽，年后将被用尽，v天然气在天然气在60年后将被用尽年后将被用尽能源危机环境污染风能风能生物质能生物质能太阳能新能源波浪能波浪能地热
2、能地热能 太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.751026W）的）的22亿分之一，但已高达亿分之一，但已高达173,000TW，也，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万万吨煤。下图是地球上的能流图。从图上可以看出，地球吨煤。下图是地球上的能流图。从图上可以看出，地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的
3、化石燃料部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。化学的直接转换。 一、太阳能的资源特点一、太阳能的资源特点第一第一：最丰富的能源。据估计，在过去漫长的最丰富的能源。据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足。今后足以供给地球人类使用几
4、十亿年，真是取之不尽，以供给地球人类使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。估计它给地面照射用之不竭。估计它给地面照射15分钟的能量，就分钟的能量，就足够全世界使用一年足够全世界使用一年。第二：第二：地球上，无论何处都有太阳能，可以就地地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三：第三：洁净的能源。在开发利用时，不会产生废洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生
5、态平衡。绝对不会造成污染和公害。平衡。绝对不会造成污染和公害。迄今为止，自然界中利用太阳能最成功的迄今为止，自然界中利用太阳能最成功的途径是什么？途径是什么？6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光光叶绿素叶绿素（1）光能转化为化学能。在太阳光作用下，植物）光能转化为化学能。在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素。生成淀粉、纤维素。科学家估计，地球上每年通过光合作用储藏的太科学家估计，地球上每年通过光合作用储藏的太阳能相当于全球能源年耗量的阳能相当于全球能源年耗量的10倍左右。倍左右。C6H12O6(s)+
6、6O2(g)6H2O(l)+6CO2(g) H=-2804kJ/mol（2）化学能转化为热能。动物体内的淀粉、纤维素在）化学能转化为热能。动物体内的淀粉、纤维素在酶的作用下，水解生成葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化酶的作用下，水解生成葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，又释放出热量。碳和水，又释放出热量。(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6淀粉、纤维素淀粉、纤维素葡萄糖葡萄糖思考与研究思考与研究下列问题谈谈自己的想法。据科学家预测，据科学家预测，21世纪，化学科学在创造新物质世纪，化学科学在创造新物质方面将会有更加辉煌的成就。绿色植物能够在太阳光方面将会有更加辉煌的成就。绿色植物能够在太
7、阳光作用下将二氧化碳和水合成为葡萄糖。作用下将二氧化碳和水合成为葡萄糖。你认为人类能你认为人类能否模拟绿色植物的光合作用，直接利用太阳能把二氧否模拟绿色植物的光合作用，直接利用太阳能把二氧化碳和水转化为葡萄糖吗？化碳和水转化为葡萄糖吗？如能，要做到这一点，你如能，要做到这一点，你认为需要解决什么问题？认为需要解决什么问题？讨论：大家知道有哪些利用太阳能的实例？讨论：大家知道有哪些利用太阳能的实例？ 太阳能光热转换技术的产品最多。如热水器、开水器、干燥器、太阳能光热转换技术的产品最多。如热水器、开水器、干燥器、采暖和制冷、温室与太阳房、太阳灶和高温炉、海水淡化装置、水采暖和制冷、温室与太阳房、太
8、阳灶和高温炉、海水淡化装置、水泵、热力发电装置及太阳能医疗器具。泵、热力发电装置及太阳能医疗器具。 太阳能电池的应用范围很广。例如人造卫星、无人气象站、通太阳能电池的应用范围很广。例如人造卫星、无人气象站、通讯站、电视中继站、太阳钟、电围杆、航标灯、铁路信号灯。讯站、电视中继站、太阳钟、电围杆、航标灯、铁路信号灯。太阳能的利用方式太阳能的利用方式1、光热能转换、光热能转换原理原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能利用太阳辐射加热物体而获得热能应用应用：太阳能热水器太阳能热水器反射式太阳灶反射式太阳灶高温太阳炉高温太阳炉地膜、大棚、温室地膜、大棚、温室光能光能热能热能太阳炉太阳炉太阳灶太阳灶热水器
9、热水器大棚大棚2 2、光电转换、光电转换原理原理：根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能：根据光电效应，利用太阳能直接转化为电能应用应用：为无电场所提供电池，包括移动电为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能日用电子产品源和备用电源、太阳能日用电子产品基本装置基本装置：太阳能电池：太阳能电池安装在停车场顶棚的太阳能电池板安装在停车场顶棚的太阳能电池板太阳能半导体路灯美国军用太阳能发电帐篷美国军用太阳能发电帐篷3、光化学能转化、光化学能转化运用：选择芒硝晶体运用：选择芒硝晶体(十水合硫酸钠晶体十水合硫酸钠晶体)白天吸收白天吸收热量溶解热量溶解,晚上放出热量结晶晚上放出热量结晶.太阳辐射
10、能和催化剂分解水得到太阳辐射能和催化剂分解水得到氢气氢气。4、光生物质能转换、光生物质能转换原理：原理：通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射转化为生物质能射转化为生物质能化学方程式：化学方程式：6H2O+6CO2C6H12O6+6O2光光叶绿素叶绿素利用沙漠的太阳光就能够解决全球能源危机，这是日前两位德国科学家在提交给德国政府的两份科学报告中提出的。科学家指出，利用一种叫太阳能聚热发电的技术，只要将放大镜覆盖地球上沙漠地带0.5%的面积，就能满足全球的电力需要，而且能够同时给沙漠地区提供丰富的淡化水。而这种技术就像小孩子在物理课上用放大镜令太阳聚焦在纸
11、上烧一个洞那么简单。内容摘要：内容摘要：太阳能虽然具有常规能源无法比拟的优点，但仍需太阳能虽然具有常规能源无法比拟的优点，但仍需解决一些问题：解决一些问题：(1)分散性：分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。很大，但是能流密度很低。(2)不稳定性不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等云、雨等随机因素的影响，随机因素的影响，(3)效率低和成本高：效率低和成本高：目前太阳能利用的发展水平，目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论
12、上是可行的，技术上也有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，总的来说，经济性还不能与总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。常规能源相竞争。生物质能生物质能：来源于植物及其加工产品贮：来源于植物及其加工产品贮存的能量。存的能量。生物质能源是一种理想的可再生能源，生物质能源是一种理想的可再生能源，其具有以下特点：其具有以下特点：可再生性；可再生性；低污染性低污染性 ；广泛的分布性广泛的分布性 。生物质燃料总量十分丰富。生物质燃料总量十分丰富。生物质能生物质能生物质能的利用方式生物质能的利用方
13、式1 1、直接燃烧、直接燃烧2 2、生物化学转换、生物化学转换3 3、热化学转换、热化学转换1 1、直接燃烧、直接燃烧注释注释: :用纤维素（用纤维素（C6H10O5）n代表植物枝叶的代表植物枝叶的主要成分主要成分（C6H10O5)n +6n O26n CO2 +5n H2O点燃点燃缺点缺点: : 生物质燃烧生物质燃烧过程的生物质能过程的生物质能的净转化效率在的净转化效率在2040之间。之间。2 2、生物化学转换、生物化学转换1）制沼气）制沼气 原料：原料： 条件：条件： 主要成分：主要成分： 用途：用途：植物的秸秆、枝叶、人畜粪便植物的秸秆、枝叶、人畜粪便厌氧厌氧甲烷甲烷 CO2、H2S、N
14、H3、PH3气体燃料、提供肥料气体燃料、提供肥料2)制乙醇制乙醇原料原料条件条件用途用途方程式方程式含糖类淀粉多的农作物含糖类淀粉多的农作物催化剂、水解、细菌发酵催化剂、水解、细菌发酵燃料、与汽油混合作发动机燃料燃料、与汽油混合作发动机燃料（C6H10O5)n + nH2OnC6H12O6催化剂催化剂C6H12O62C2H5OH+2CO2发酵发酵乙醇汽油是用乙醇汽油是用90%90%的普通汽油的普通汽油与与10%10%的燃料乙的燃料乙醇调和而成。醇调和而成。乙醇汽油的优点乙醇汽油的优点(1)(1)减少排放减少排放 车用乙醇汽油含氧量达35，使燃料燃烧更加充分，尾气排放的CO和碳氢化合物平均减少3
15、0以上，有效的降低和减少了有害尾气的排放。 2)2)动力性好动力性好 乙醇辛烷值高(RON为111)，可采用高压缩比提高发动机的热效率和动力性。加上其蒸发潜热大，可提高发动机的进气量，从而提高发动机的动力性。(3)(3)积炭减少积炭减少 因车用乙醇汽油的燃烧特性，能有效的消除火花塞、燃烧室、气门、排气管消声器部位积炭的形成，避免了因积炭形成而引起的故障，延长部件使用寿命。(4)使用方便使用方便乙醇常温下为液体，操作容易，储运使用方便。与传统的发动机技术有继承性，特别是使用乙醇汽油混合燃料时，发动机结构变化不大。(5)资源丰富资源丰富我国生产乙醇的主要原料有含糖作物、含淀粉作物以及纤维类原料，这
16、些都是可再生资源且来源丰富，因而使用乙醇燃料可减少车辆对石油资源的依赖，有利于我国的能源安全。3 3、热化学转换、热化学转换复杂的化学反应复杂的化学反应生物质生物质可燃性气体可燃性气体氢能的开发与利用氢能的开发与利用氢能的优势氢能的优势1）燃烧放出的热量多）燃烧放出的热量多2）燃烧产物是水，不污染环境）燃烧产物是水，不污染环境3）制备的原料是水）制备的原料是水,资源不受限制资源不受限制氢能的利用途径氢能的利用途径1）直接燃烧）直接燃烧2）用于燃料电池）用于燃料电池国际氢能经济合作伙伴部长级会议上展出的氢能源汽车种储氢方式是将材料与氢结合成为种储氢方式是将材料与氢结合成为氢化物，需要时加热放氢，
17、放完后还氢化物，需要时加热放氢，放完后还可继续充氢。可继续充氢。解决制氢的能解决制氢的能耗问题耗问题能源从其产生的方式可分为一次能源和二次能源：能源从其产生的方式可分为一次能源和二次能源： 一次能源：一次能源：自然界中以现成形式提供的能源称为一次能自然界中以现成形式提供的能源称为一次能源。源。二次能源：二次能源：要依靠其他能源的能量间接制取的能源要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。称为二次能源。1、下列叙述正确的是、下列叙述正确的是A、电能是二级能源电能是二级能源 B、水力二级能源水力二级能源C、天然气是一级能源天然气是一级能源 D、水煤气是一级能源水煤气是一级能源2、关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向错误的是、关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向错误的是A、构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不分解的情况下，使氢气成为二级能源分解的情况下，使氢气成为二级能源B、设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气C、寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量。寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量。D、寻找特殊催化剂，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气寻找特殊催化剂，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气
