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第9章第一节 化学与能源.1






化学与社会发展

1

人类社会需要充足的能源、丰富的材料、 良好的环境,而能源、材料、环境这三个领 域的研究都离不开化学,通过本章的学习将 使你认识:
1 2 化学有助于人类解决能源危机; 化学为人类提供更丰富的材料;

3 化学能保护和改善人类赖以生存的

环境。

2

第一节 化学与能源
3

我们的世界是生机盎然,欣欣向荣的,如果失 去了能源世界将一片漆黑,万物将走向死亡。因此, 能源是这个世界不可缺少的资源。 目前,化石燃料是人类生产、生活的主要能源。 随着全球能源使用量的增长,化石燃料等不可再生 能源将日趋枯竭,这将迫切要求人们开发新能源, 如开发利用氢能、核能、太阳能等 此外,化学还要在提高化学能转变成热能,电 能的效益,降低能耗,研制节能产品等方面作出更 多的努力。
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化石燃料的不可再生性的能源 ------节约能源

中国节能标志

天然气

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地热能

太阳能

风能

可燃冰

核电能
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1、全球气候的变化:

CO2

煤、石油、天然气的燃烧产物都会有二氧 化碳,是温室气体,造成全球气候变暖;
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2、化石燃料中,特别是煤和石油,含有硫、 氮等杂质,燃烧产物中含有SO2 、NOx 等酸性物 8 质,造成酸雨等大气污染物;

3、燃烧产生的热量,对周围的环境造成热污染 火力发电站发电剩下的“余热”被排放到河 流、湖泊或海洋,是局部区域的水温上升, 严重时会导致鱼类等水生生物大量死亡。
利用煤的燃烧进行火力发电中,能 量的转化: 化学能→热能→机械能→电能 由于转化方式复杂、步骤繁多 ,造成能量有很大的损失。
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燃料电池是一种电化学的发电装置。
因为燃料电池等温地按电化学方式直接将化学 能转化为电能,不经过热机过程,能量转化效率高 (理论转化率可达100%,实际可达70%。);它几乎 不产生NOx和SOx的排放。而且,CO2的排放量也比常 规发电厂减少40%以上。

正是由于这些突出的优越性,燃料电池技术的研 究和开发倍受各国政府与大公司的重视,被认为是 21世纪的洁净、高效的发电技术之一。
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一、化学能转变为电能
1、化学电源:是一种将化学能直接转化为电能的 装置,常见的电池是化学电源。 2、化学电源的优点:既可以减少大气污染,又可 以提高能量的转化效率。

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3、实验:化学能转化为电能的实验
实验仪器:烧杯、铜片、锌片、导线若干、电流 表、硫酸铜溶液 实验步骤:用砂纸擦去 铜片、锌片表面的氧化 膜,用导线将铜片与正 极相连,锌片与负极相 连,然后铜片、锌片一 起插入盛有硫酸铜溶液 的烧杯中。

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一、化学能转变为电能
实验现象
化学方程式
电流计的指针发生偏转,锌片表面变色, 长时间后溶液颜色变浅 Zn + CuSO4 == Cu + ZnSO4

电流计偏转 烧杯中发生了化学变化,在这种条件下化学 原因 变化可以发生电流,将化学能转化为电能。 能量转化的 化学能直接转化为电能 形式 使用化学 提高能量的转化效率,减少大气污染 电源的优点

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电池在生产、生活中应用十分广泛。不但照明灯、 钟表、计算器等电子产品及机动车需要电池,而且 在航天器上也需要用到要求更高的电池。

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废旧电池的危害主要集中在重金 属上,如汞、铅、镉。这些物质泄露 出来进入水或土壤,就会通过各种途 径进入了人体的食物链,最终带来危 害。因此务必要正确使用电池,并妥 善回收。
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二、氢能
1、氢能源的优点:

——故称为“绿色能源

(1)原料不受限制(来源广);
(2)燃烧时放出热量多(热值高); (3)生成物不会污染环境。

2、氢能源的缺点:
(1)制备氢气的能耗问题(成本高); (2)氢气的储存和运输等问题(安全问题) 3、氢能源的发展前景:

要利用太阳能来分解水制取氢气,制备高效、廉价的储氢材料 16

二、氢能

——故称为“绿色能源

4、实验室制取氢气

以前,我们已经学过几种制取氢气的原理。
如锌等活泼金属与稀硫酸反应制取氢气,电解水制取氢气 等。请写出上述制取氢气反应的化学方程式。 Zn + H2SO4 === ZnSO4 + H2↑ 2H2O ====== 2H2 ↑ + O2↑ 实验原理:通过活泼金属与稀硫酸反应制取氢气 通常是用金属锌与稀硫酸反应,金属镁反应速度过快, 不利于收集,金属铁反应过慢 若用稀盐酸与锌反应生成氢气,会使制得的氢气中含有 17 氯化氢气体。
直流电

(2)反应装置: 注意点:
长颈漏斗


试管
垫片

止水夹
集气瓶





铁架台

水槽
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优点 :可以控制反应的开始与结束,节省药品;可 以随时向仪器中添加液体试剂
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A.按照实验要求,安装好实验仪器; B.检查仪器装置的气密性:关闭止水夹,向分液漏斗中加入 足量的水,若漏斗中的液面能存在一段水柱,并不持续下降, 则说明原装置气密性良好;(P2322、(1)) C.装药品:先将锌粒放在垫片上,打开止水夹后,向长颈漏 斗中注入稀盐酸,发生反应放出氢气; D.验纯气体:因为氢气是可燃性气体,进行性质实验之前务 必进行验纯(P2322、(2))

E.收集气体:利用排水法或向下排空气法收集。
F.结束实验:关闭止水夹,产生的氢气无法从导气管中逸出, 试管中的气压增大,就会将稀硫酸由分液漏斗下端管口压回分 液漏斗中,从而使稀硫酸与锌粒分离,反应停止。
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光分解水

太阳能

从太阳能获得氢气 有什么优点?
光电转换 电解水

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(1)可燃性:在空气被点燃后,发出淡蓝色火 焰,放出大量的热
2H2 + O2 ====== 2H2O
点燃

(主要用于气体高能燃料)
(2)还原性:在加热条件下,能与氧化铜等反应, 使之变红。 △ H2 + CuO === Cu + 2H2O (主要用于冶炼金属)
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氢能被认为是人类最理想、最长远的能源。作为氢气 载体的贮氢合金的研究开发及其产业化是世界性关注的课 题。 贮氢合金是一种特种金属功能材料,用贮氢合金制作 的镍氢电池是一种清洁、高效的绿色能源。国外研制的烯 氢汽车最高时速可达100公里。

我国镍和稀土储量丰富,发展贮氢合金具有资源优势, 产业化发展前景乐观。

目前上海的一种只以氢和空气为动力的旅游观光车已 能实现零污染排放,安全性能好。估计到2010年,我国镍 氢电池产量将突破8亿只,产值将达到数十亿元。
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小结授课内容
练习P233第1题至第5题

1、 D
3、

2、 C

可利用太阳能转化成电能,再利用电能电解水获得氢气(氢能) 4、 (1)电能、化学能、电能或热能 (2)如:太阳能热水器将太阳能转变成热能。
叶绿素

5、(1)6CO2 + 6H2O

光照

C6H12O6 + 6O2
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