工程化学8课件.ppt

第六章 能源工程中的化学（ 了解能源利用和发展的形势； 了解清洁能源和可再生能源的发展动态； 理解蓄电池的构成及其电化学原理； 熟悉化学在解决能源危机中的作用。 6.1 能源概论 6.2 化石能源的有效利用和清洁生产 6.3 蓄电池 6.4 可再生能源 6.1 能源概论 6.1.2能源的定义与分类: 能源是指可以从其中获得能量的资源。 能源的分类: （一）地球外的太阳能、地球自身蕴藏的能量、地球和其他天体引力相互作用形成的能量（如潮汐能） （二）一次能源与二次能源、可再生能源与非再生能源、常规能源与新能源 （三）燃料能源与非燃料能源 （四）清洁能源与非清洁能源 能源的分类 6.2 化石能源的有效利用和清洁生产 6.2.1化石燃料的定义、分类和组成 煤是由有机物、无机物组成的一种混合物，主要成分为碳和氢，也含有少量硫、氧、氮、灰分等。 6.3 蓄电池（二次电池） 一次电池与二次电池 6.4重要的新能源（可再生能源） 太阳能、风能、地热、潮汐、核能 * * 电力、汽油、柴油、重油、焦炭、煤气、水蒸气、氢能、醇类燃料、沼气 二次能源 核燃料（铀、钍、钚、氘等） 化石能源（煤炭、石油、天然气、油页岩） 非再生能源 原子能、风能、海洋温差能、海流能、潮汐能、地热能，直接的太阳辐射 水能、生物质能、 可再生能源 一 次 能 源 新能源 常规能源 类 别 非 常 规 能 源 常 规 能 源 类 别 电力、汽油、柴油、重油、焦炭、煤气、水蒸气、氢能、醇类燃料、沼气 二次能源 生物质能（燃料作物制沼气、酒精等） 太阳能（收集器、光电池等） 水力（小水电） 风力（风力机等） 海洋能 地热 新 能 源 化石燃料（煤、油、天然气等） 核能 水力（大型） 核能（增殖堆） 地热 生物质能（薪材秸秆、粪便等） 太阳能（自然干燥等） 水力（水车等） 风力（风车、风帆等） 畜力 商品能源 传统能源（非商品能源） 一 次 能 源 不可再生能源 可再生能源 煤、石油、天然气构成了化石燃料。 石油是许多性质不同的有机物的混合物，其中75％以上是各种各样的烃类，其他组分是含氧、氮、硫及含金属的化合物。 天然气的主要成分是甲烷。当甲烷的体积分数高于0.5，称为干天然气；降至0.5则称为湿天然气，“湿”表示这种天然气中含有较多高沸点的容易液化的烃类。 由植物残骸转化的煤炭包括泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤等主要类型，随着煤转化程度的提高，其碳氢比依次增高，含氧量逐渐减少，热值依次递增。 煤的主要形成过程可由下式表示： 无烟煤 烟煤 褐煤 泥炭 植物 煤的结构复杂，杂质多，直接燃烧时不完全，热效率低，而且煤的燃烧会产生硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和烟尘等气体严重污染了人类生存的环境。 原电池的电极活性物质在氧化－还原反应中不断消耗，使化学能直接转换成电能，放电后不能使电极活性物质复原，即它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能，故又称为一次电池或干电池,市售碱性电池、锰干电池等都是一次性电池。 蓄电池的电极活性物质经反应输出电能后，可用充电的方法使活性物质复原而继续使用，故又称二次电池或可充电电池。所有蓄电池的电池反应均可逆。充电电池的充放电循环可达数千次到上万次。 1、镉镍蓄电池的工作原理 镉镍电池是一种常见的二次碱性电池。 电池符号： (–) Cd | KOH(1. 19 ~ 1. 21 g·cm–3) | NiO(OH) | C(+) 电极反应: 负极：Cd(s) + 2 OH– (aq) = Cd(OH)2(s) + 2 e 正极：2 NiO(OH)(s) + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2(s) + 2 OH– 电池特点： 镉镍电池的内部电阻小，电压平稳，反复充放电次数多，使用寿命长，且能够在低温环境下工作，常用于航天部门、电子计算器及便携式家用电器的电源。 镉镍可充电电池 2、氢镍蓄电池 氢镍电池是进几年开发出来的一种新电池，主要针对镉镍电池的镉污染问题。 电池符号： (–) Ti-Ni | H2(p) | KOH( c ) | NiO(OH) | C(+) 电极反应: 负极：H2(p) = H+(c) + 2e 正极：2 NiO(OH)(s) + 2 H2O + 2 e = Ni(OH)2(s) + 2 OH– 电池特点： 氢镍电池由于材料无毒，无污染而被称为绿色环保电池，电池电动势约为1. 2V，循环寿命可以很长。 镍氢电池构造 放电 充电 3、银锌蓄电池 锌银电池内阻小、放电功率大、电压平稳、电性能稳定、使用安全可靠、比能量高(是铅酸蓄电池的5倍，镉镍蓄电他的3倍)，因此多用于通信、激光武器、水中兵器、航空、航天、战略核武器等军事装备，军体器材．遥控航