能源消费水平的高低，是衡量一个国 家在一定时期内经济技术发展水平的重要 标志。 第 九 章能 源 化 学第 九 章能 源 化 学 第 九 章能 源 化 学第 九 章能 源 化 学

9.1 能源概述 9.2 常规能源 9.3 新 能 源 9.4 化学电池

9.1 能 源 概 述 能源是指能够转换成热能、光能、电磁能、 机械能、化学能等各种能量形式的资源。 能源的形式有多种，如燃料、核能、太阳能、 水力、地热、风能、潮汐能等等。 能源的分类很多 : 一次能源；二次能源。 常规能源；新能源。

风 能

风 能风 能

9.2 常 规 能 源 煤炭 1. 煤的发热量：单位质量的煤完全燃烧所能使放 出的最大热量。 衡量燃料作为能源的一个指标。 通常煤完全燃烧所能放出的发热量为 30 kJ·g -1 缺点 : a. 固体燃料，燃烧速率慢，利用效率低，运输不变。 b. 燃烧时产生有毒气体 ( SO 2 ， SO 3 ， CO ) ，污染大气。

褐煤是质地最差、发热量最低的 一类煤，但它可以提炼成焦炭、煤焦 油和焦炉气却是极好的化工原料。塑 料和染料就是的褐煤 “ 作品 ” 。

2. 煤的气化： C (s) + H 2 O (g) = CO (g) + H 2 (g) ； ΔH θ m ( K ) = 131.3kJ. mol -1 C (s) + O 2 (g) = CO 2 (g) ΔH θ m (298.15K) = kJ. mol -1 CO (g) + H 2 (g) = CH 4 (g) + H 2 O (l) ΔH θ m (298.15K) = kJ. mol -1 人工合成天然气

(1) 直接液化法：将煤在高温，高压和催化剂存在 下加氢液化的方法。 (2) 间接液化法：先将煤气化，然后再合成液体燃 料的方法。 在 Pa ， 200 o C ，催化剂存在下： 6CO + 13H 2 = C 6 H H 2 O 8CO + 17H 2 = C 8 H H 2 O 8CO + 4H 2 = C 4 H 8 + 4CO 2 3. 煤的液化：通过化学反应改变煤炭中的碳氢比例， 使煤变成较轻的液态碳氢化合物。

9.2.2 石油和天然气 1. 石油：多种碳氢化合物的混合物。既是优良 的燃料也是重要的化工原料。 十六烷辛烷 辛烯 原油 脱水脱盐 分馏 精制 汽油中最有代表性的是辛烷 C 8 H 18 催化裂解： C 16 H 34 C 8 H 18 + C 8 H 16

2. 天然气：一种低分子量烃类混合物。 优制的气体燃料也是重要的化工原料。 主要成分是甲烷。 CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (l) ΔH θ m (298.15K) = kJ. mol -1

9.3 新 能 源 核 能 核能是原子核结构发生变化时放出的能量， 核能是一种优质能源，能量密度大，便于存储 和运输。核能分为核裂变能与核聚变能。 △ E = △ m · c 2 △ E ： 表示系统能量改变量；△ m ： 表示系统质量改变量； c ：表示光速 ( 3  10 8 m ·s -1 ) 。 爱因斯坦公式

天然放射性辐射

1. 核裂变能 ______ 在中子 ( 1 0 n ) 轰击下使较重的原子 核分裂成较轻的原子核的反应所放出的能量。核裂 变反应是目前所有运转的核电站的基础。 裂变产物非常复杂，已知至少有 35 种元素（从 30 Zn 到 64 Gd ）。 1g U-235 放出的能量为 8  10 7 kJ 核裂变产物大多具有放射性。

核电站工作原理示意图

原子弹构造示意图

2. 核聚变能 ______ 轻原子核在异常高的温度下 （约 10 8  C ）聚合成较重原子核时，放出的巨大 能量。 核聚变能比核裂变能威力大的多, 它是一种最 理想的清洁能源，是开发核能的主攻方向。 核聚变产物不是放射性的。

9.3.2 太 阳 能 太阳能的利用： 1. 光 __ 热转换：通过聚光器或集热器将太阳辐射 能直接转换成热能。 2. 光 __ 电转换：利用太阳能光电池的半导体效应 将太阳辐射能直接转换为直流电。 3. 光 __ 化学转换：利用太阳光能将 CO 2 和 H 2 O 转 换成碳水化合物和 O 2 。 核聚变能

卫星升空后太阳照射在卫星的太阳能电池上， 太阳能代替蓄电池成为永不枯竭的能源。

哈勃太空望远镜

9.3.3 氢 能 氢能是指以氢作为燃料时释放出来的热能。 1. 氢气的制取 (1) 电解法：借助电能使水分解产生氢气。 (2) 光催化分解法：使用半导体为基础的催化体系， 利用太阳光直接分解水。 (3) 光合作用：借助某些特殊植物，利用光合作用 将水转变为氢。

2. 氢气的储存 氢气的密度很低，运输和储存较为不易，目前 最理想的储氢方法是利用金属氢化物。 LaNi 5 + 3H 2 LaNi 5 H 6 微热 ( )KPa 3. 氢气的利用 氢气燃烧温度高，燃烧纯净，是一种优良的燃 料，同时可利用氢氧燃料电池将氢能转化为电能 使用。

9.4 化 学 电 池 化学电池是以氧化剂作正极, 还原剂作负 极, 在一定介质条件下, 利用自发进行的氧化 — 还原反应, 将化学能直接转变为电能的装置。

9.4.1 化学电池的分类 一次电池（原电池） 二次电池（充电电池） 燃料电池 1. 一次电池 活性物质放电后不能再生、充电的电池。 根据电解质类型分为酸性和碱性两类。

(1) 酸性锌锰干电池 (-) Zn | ZnCl 2, NH 4 Cl( 糊状 ) | MnO 2 | C (+) (2) 碱性锌锰干电池

(3) 锌汞电池 (-) Zn (Hg) | KOH( 糊状, 含饱和 ZnO) | HgO | Hg(+) 绝缘体 钢套的锌壳 多孔隔离物 Zn(OH) 2 和 HgO 在 KOH 溶液中的糊状物 Hg ( 或汞齐 )

(4) 锂碘电池 (-) Li | LiI | I 2 ( 不锈钢 )(+) 阴极材料 阳极栅网 不锈钢外壳 密封接线柱 封接口

2. 二次电池 活性物质具有充放电可逆性, 放电使用完 可充电再生，循环使用。

(1) 铅蓄电池 (-) Pb | H 2 SO 4 (1.25~1.30g·cm -3 ) | PbO 2 (+)

(3) 钠硫电池 (-) Na | β—Al 2 O 3 | S+Na 2 S x | C (+) (2) 镍氢电池 (-) C | H 2 | KOH | NiOOH (+)

3. 燃料电池 把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转 化为电能。 能量转化率实际约为 80% 。 组成 正极（空气极）氧化剂：氧气， 空气 负极（燃料极）还原剂：氢气， 甲烷，煤气，天 然气 电解质溶液

(-) C | H 2 | KOH (aq) | O 2 | C (+) 氢氧燃料电池示意图

本章结束