化学与能源开发
化学与能源
化学与能源一、引言能源是现代社会的基石，化学作为一门研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的基础科学，与能源的开发、利用和转化密切相关。
化学在能源领域的应用，不仅关系到国家能源战略的实施，而且对推动我国能源结构的优化调整、促进经济社会可持续发展具有重要意义。
本文将从化学与能源的关系、化学在能源领域的应用、以及化学在新能源开发中的挑战与机遇等方面进行探讨。
二、化学与能源的关系1.化学是能源转化的基础能源转化是指将一种形式的能量转换为另一种形式的过程，如化石燃料的燃烧、太阳能电池的光电转换等。
化学作为能源转化的基础，涉及到能源的储存、释放、传输和转换。
化学原理和技术在能源转化过程中发挥着关键作用，如催化剂、电池、燃料电池等。
2.化学促进能源利用效率的提高能源利用效率是衡量能源使用过程中能量损失程度的指标。
化学在提高能源利用效率方面具有重要作用，如通过化学合成制备高效催化剂，提高燃料的燃烧效率；通过化学原理优化电池结构，提高电池的能量密度和充放电性能等。
3.化学在新能源开发中的应用新能源是指传统能源之外的各种形式的能源，如太阳能、风能、生物质能等。
化学在新能源开发中发挥着关键作用，如通过化学方法制备高性能的太阳能电池、燃料电池等。
三、化学在能源领域的应用1.化石能源的化学利用化石能源包括煤炭、石油和天然气等，化学在化石能源的利用过程中发挥着重要作用。
如通过化学方法制备高效催化剂，提高燃料的燃烧效率；通过化学合成制备新型燃料，如生物乙醇、生物柴油等，以替代传统化石燃料。
2.化学在核能利用中的应用核能是一种清洁、高效的能源形式，化学在核能利用中发挥着重要作用。
如通过化学方法处理核燃料，提高核燃料的利用率；通过化学方法处理核废水，降低核废水对环境的影响等。
3.化学在可再生能源开发中的应用可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能等，化学在可再生能源开发中具有广泛应用。
如通过化学方法制备高性能的太阳能电池、燃料电池等；通过化学合成制备生物乙醇、生物柴油等生物质能源；通过化学方法优化风能、水能等能源的利用效率等。
化学在能源和可持续能源开发中的应用
化学在能源和可持续能源开发中的应用化学在能源和可持续能源开发中的应用如下：1.在化石能源开发中，化学技术发挥了重要作用。
石油提炼技术通过分馏和催化裂化等化学过程，从原油中提取出各种石油产品，如汽油、柴油和煤油等，满足不同能源需求。
此外，化学技术还可以提高燃烧效率，减少污染物排放，如通过添加清洁燃料添加剂，降低尾气排放的有害物质含量。
在煤炭清洁利用方面，化学技术可以有效降低煤炭燃烧产生的污染物和温室气体排放，如煤炭气化技术和煤炭液化技术。
煤炭气化技术可以将煤转化为合成气，用于发电和化学品的生产；煤炭液化技术可以将煤转化为液体燃料，如煤油和乙二醇，实现煤炭清洁利用和能源多样化。
2.在可再生能源开发中，化学技术也发挥了重要作用。
太阳能电池技术利用化学合成的有机聚合物材料来吸收太阳能并产生电能。
此外，化学技术还可以改进太阳能电池的性能，如提高光电转化效率和稳定性。
这些技术的发展有助于实现太阳能的大规模应用和普及。
在风能发电中，化学技术主要体现在风力润滑剂的研发和应用上。
风力润滑剂是风力发电机的核心部件之一，可以减少机械摩擦和磨损，提高发电效率和可靠性。
化学技术的进展使得风力润滑剂具备更好的性能和更长的使用寿命，推动了风能发电技术的发展。
3.在新能源领域，化学电池是化学能最为典型的应用之一。
化学电池是一种能够将化学能转化为电能的装置，其应用广泛，包括但不限于电动汽车、电子设备等。
同时，化学电池也是实现可再生能源储存和释放的重要手段，例如在风力发电和太阳能发电中，化学电池可以用来储存多余的电能，并在需要时将其释放出来。
总的来说，化学在能源和可持续能源开发中的应用涵盖了多个方面，包括化石能源的开发与利用、可再生能源的开发与利用以及新能源的储存与释放等。
这些应用不仅为人类提供了多样化的能源选择，还有助于实现可持续发展的目标。
化学在能源开发中的应用
化学在能源开发中的应用
化学在能源开发中的应用非常广泛，以下是一些具体的例子：
1.煤炭：煤炭是一种常见的化学物质，在能源领域的应用广泛。
它可以通过
燃烧产生热能，用于供暖、发电等方面。
然而，煤炭的燃烧会产生大量的
二氧化碳等有害气体，对环境造成严重污染。
2.石油：石油是一种重要的能源来源，广泛应用于交通运输、化工等领域。
石油可以通过提炼得到燃料油、柴油、润滑油等多种化学物质，用于驱动
发动机或作为工业原料。
然而，石油资源有限，且其燃烧同样会产生大量
的碳排放，对全球气候变化带来不利影响。
3.天然气：天然气是一种清洁燃料，主要成分为甲烷。
相比于煤炭和石油，
天然气燃烧产生的二氧化碳排放量较少，对环境污染较小。
天然气广泛应
用于家庭生活和工业生产，被视为一种替代传统燃料的重要选择。
4.化学在新能源开发中具有重要作用，通过化学技术可以提高新能源的转化
效率和存储密度。
例如在太阳能利用中，化学方法可以通过光催化技术、
太阳能光电转化和光化学储能等手段，将太阳能转化为热能、电能和化学
能，提高太阳能的利用效率和经济性。
总的来说，化学在能源开发中的应用涵盖了传统的化石能源以及新型的可再生能源。
在未来，随着环保意识的提升和科学技术的进步，化学在能源开发中的应用将更加广泛和深入，为我们的生活和环境带来更多的便利和改善。
九年级化学下册第十一单元第一节化学与能源开发课件鲁教版
活动天地 自制电池
交流共享
物质的化学能通常可以转化为哪些形式的能量？试举 例说明。
化学能通过化学反应可以转化成热能、光能、电能等， 利用化学反应中的能量转化,人们可以开发新的能源。
废旧电池丢弃对环境的影响 废旧电池的危害主要集中在重金属上，如汞、铅、
镉。这些物质泄漏出来进入水或土壤，就会通过各种途 径进入人体的食物链，最终带来危害。因此务必要正确 使用电池，并妥善回收。
……
制备氢气的方法： ①电解水；②活泼金属与酸反应
氢能是一种极其理想 的能源，具有广阔的开发 前景。
它有以下优点： （1）原料不受限制（来源广） （2）燃烧放出热量多（热值高） （3）生成物不污染环境。(无污染)
（最大优点）
活动天地
氢能源为什么没有被广泛使用？ (1)易燃、易爆 (2)难以液化 (3)储存和运输不安全、不方便 (4)制备氢气消耗电能大，成 本高。
转化而来的能源
沼气、氢能等
不随其本身的转化或人 类利用而减少的能源
太阳能、生物能、 水能、风能、地 热能等
随其本身的转化或人类 化石燃料、核燃料 的利用而减少的能源 等
开发新能源
太阳能
核能
风能
生物能
地热能
潮汐能
可燃冰
氢能
太阳能
太
阳
太
能
阳
发
灶
电
装
置
太
阳
航
能
天
汽
器
车
太
阳
能
发
电
站
太阳能热水器
优点：太阳能资
知能训练
1.下列图标属于节能标志的是( B )
A
B
C
鲁教版九年级下册化学 11.1化学与能源开发 课件
活动天地6-2：自制果蔬电池
新知学习
【思考】物质的化学能通常可以转化为哪些情势的 能量？举例说明。
化学能 → 热能，如化石燃料燃烧。 化学能 → 光能，如萤火虫发光、镁条燃烧发光等。
新知学习
以电能的方式利用化学能更加有效和干净，对环境影 响很小。 注意：随便丢弃废旧电池会导致固体废弃物和重金属 离子对环境的污染。 提问：你有什么好方 法来处理废旧电池吗？
3.制备氢气的方法 ①电解水；②活泼金属与酸反应
新知学习
氢能优点： ①氢气燃烧放出的热量多； ②原料来源广； ③燃烧产物是水，无污染。 氢气—理想的绿色能源。 氢能将成为未来最理想的能源。
新知学习
氢能汽车
【思考】用电解水的方法制取氢气消耗电能太多， 成本太高。如何以低廉的成本制取氢气呢？
新知学习
C.石油 氢能
D.煤 石油
知能训练
3. 燃料电池是将化学能转化为电能的装置，下列燃料 电池最清洁的是（ C ） A．O2—CH4燃料电池 B．O2—C2H5OH燃料电池 C．O2—H2燃料电池 D．O2—CO燃料电池
知能训练
4.要勤俭现有能源，还要研究开发新能源。新能源是 指（ D ）
①氢能 ②太阳能 ③风能 ④水能 ⑤地热能 ⑥潮汐 能 ⑦电能
实验探究6-1： 1.视察干电池的结构； 2.把一块锌片和碳棒平行插入 盛有稀硫酸的烧杯中，视察现 象并做解释； 现象：锌片表面有气泡生成，碳 棒无变化。
新知学习
正极 负极
碳棒
锌片
稀硫酸
3.用导线将实验2中的锌片和碳棒连接起来，在导线中 间连接一只灵敏电流计，碳棒连接正极，锌片连接负 极，视察现象。 现象：电流计的指针产生偏 转，锌片表面变色，碳棒表 面有气泡产生。 解析：烧杯中产生化学变化， 产生电流，化学能转化为电能。
【教材分析】化学与能源开发_化学_初中_
【教材分析】
“化学与能源开发”是鲁教版（2013年7月第1版）九年级化学第六单元第一节课的课题，本课题共一个课时，本课时教学内容功能和定位：
1.主要知识点有：氢能是未来理想的新能源；氢能源的优点；理想的氢能源循环体系；化学电池；化学反应中的能量转化。
2.在八年级化学的学习中，同学们已经对能源、能源的使用有一定了解，知道化石能源的转化和综合利用至关重要，能源的使用在很大程度上依赖于化学过程，在此基础上，本节课以理想的氢能源和化学电池为知识载体，阐述可再生新能源的开发利用离不开以化学为核心的技术的发展，新能源开发利用离不开化学科学研制的新材料的支持，而通过化学反应可以实现物质的转变，得到新物质或者新材料；化学反应还可以实现能量的转化，使学生认识化学科学在能源开发中的作用，明确化学与能源开发的关系，完善化学科学的价值观、化学能量和能源观，教育学生节约能源、树立环保意识，增强社会责任感。
3.教学重点：
①更好的认识氢能开发的意义，了解理想的氢能源循环体系。
②化学电池中，通过化学反应可以将化学能直接转化为电能。
4.教学难点：如何让学生明确化学能与电能的相互转化。
九年级化学下册第十一单元化学与社会发展第一节化学与能源开发课件(新版)鲁教版
5．可燃冰的化学式为CH4· nH2O。下列关于“可燃冰”的叙述中，
错误的是( A )
A．“可燃冰”不是冰，而是干冰 B．因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作 “可燃冰 ” C．“可燃冰”需要在低温、高压的条件下才能形成
D．“可燃冰”有可能成为人类未来的重要能源
6．氢气是一种理想的新能源，目前只在火箭发射等少数情况下使
归类探究
类型之一 氢能的应用 根据下图提供的信息，下列说法错误的是 B( )
A．借助化学反应，太阳能可转化为电能
B．氢元素在循环过程中，没有发生化学反应 C．水的分解反应需要吸收能量
D．该循环的实现可以有效地缓解能源危机
【解析】由图示可知太阳能可转化为电能，故A正确；氢元素在循环过程 中发生化学反应，故B错误；水的分解反应需要吸收能量，故C正确；该反应 可以减少化石燃料的使用，故D对。
【解析】氢气与太阳能都属于新能源，不会造成污染，但太阳能 是取之不尽的新能源。故选D。 3．下列反应中，由化学能转化为电能的是( B ) A．煤燃烧 B．干电池放电 C．光合作用 D．水电解
【解析】煤燃烧是化学能转化为热能和光能；干电池放电是化学能转变成
电能；光合作用是光能转化成化学能；水电解是电能转化成化学能。故选B。
CH4· 8H2O中CH4的质量分数为________ 。 10%
(2)可燃冰储存的巨大的化学能量最终来自于古代绿色植物通过光合作用 ________ 固定的太阳能。
(3)人类正面临常规能源枯竭的危机，下列有关能源的认识正确的是
ABC ____(填字母序号)。 A．提高能源利用效率 B．积极寻找替代常规能源的新能源 C．自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源
12＋4 【解析】(1)CH4·8H2O中CH4的质量分数为 160 ×100%＝10%。 (2)“可燃冰”储存的巨大的化学能量终来自于古代绿色植物通过光
化学与新能源研发
化学与新能源研发化学科学作为一门关键的基础科学，对于新能源研发有着重要的作用。
随着全球能源需求的不断增长和对传统能源的压力，人们对新能源的研发越来越关注。
本文将探讨化学在新能源领域的应用和研发，并展望未来的发展趋势。
一、太阳能电池太阳能电池作为一种可持续发展的新能源技术，已经广泛应用于日常生活和工业领域。
太阳能电池的核心是光电效应，利用光子的能量转化为电能。
在这个过程中，化学反应起到了关键的作用。
目前，太阳能电池主要有硅基太阳能电池和薄膜太阳能电池两种类型。
硅基太阳能电池使用单晶硅或多晶硅作为材料，其制造过程中需要利用化学方法来提高硅的纯度和晶体质量。
薄膜太阳能电池则采用了化学合成的材料，如铜铟硒薄膜太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，在材料的制备和表面修饰等方面都离不开化学的帮助。
二、燃料电池燃料电池是一种将化学能转换为电能的装置，可以利用氢气、甲醇、乙醇等燃料进行反应产生电能。
燃料电池具有高能量转化效率、环境友好、噪音低等特点，被广泛应用于汽车、航空航天和便携式电子设备等领域。
燃料电池的核心是电化学反应，其中涉及到阳极、阴极和电解质等组件。
在燃料电池的研发和制造过程中，化学合成材料的选择、电极催化剂的设计和反应机理的研究都是至关重要的。
化学科学为燃料电池的提高效率和延长寿命提供了技术支持。
三、储能技术随着新能源的不断发展和应用，对能源储存技术的需求也日益增长。
化学在储能技术方面发挥着重要作用，例如锂离子电池和钠离子电池等。
锂离子电池是目前最为成熟的储能技术之一，广泛应用于手机、电动汽车等日常生活中。
锂离子电池的正极材料通常是利用化学方法合成的锂离子盐，如锂铁磷酸盐、锂钴酸盐等。
同时，电池中的电解质和负极材料的研发和改良也依赖于化学科学的支持。
钠离子电池是一种新兴的储能技术，与锂离子电池相比，钠资源更加丰富且成本更低。
化学研究为钠离子电池的正极和负极材料的设计、电解质的优化以及电池循环寿命的提高提供了关键的支持。
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• 6、自然界中以现成的形式提供的能源称为一级能源，需依靠其他能源间接 制取的能源称为二级能源。如氢气是高效、无污染的二级能源，是因为自然 界中现成的氢气很少，下列叙述正确的是（ ） • A.天然气属于一级能源 B.一氧化碳属于二级能源 • C.家用电器使用的电能属于一级能源 D.风能属于二级能源 • 7、由于近年来国际原油价格不断攀升，国家有关部门2004年10月做出决 定，扩大“乙醇汽油”的试点范围。“乙醇汽油”中的乙醇（C2H5OH） 可用高粱、玉米、薯类为原料，经过发酵蒸馏制得。同时，由于能源价格的 上涨，部分城镇居民的生活方式受到影响，昔日常用的蜂窝煤因价格低廉又 受到人们的青睐。请回答： • ⑴煤燃烧所产生的空气污染物有___________________等。 • ⑵乙醇是一种绿色能源，完全燃烧生成水和二氧化碳，写出其燃烧的化学方 程式： • _____________________________________________________ ________________ • ⑶为减缓日趋严重的能源危机，请你提出一条具体的合理化建议： ____________。
人类利用能源的三个阶段： 1、柴草时期 2、化学能源时期 3、多能源结构时期 煤炭、石油、天然气
目前人类所能够使用的能源形式
太阳能、潮汐能、地热能、 核能、风能。
1、能源的分类
2、氢能的优点 氢气的燃烧值大，且燃烧后生成水 ，产物是水无污染， 制取的原料来源广泛。 3、尚未解决问题 氢气的廉价制取 氢气的贮存和运输
谢谢大家！
以氢燃料电池为动力的客车现在在北京的部分公交线 路试运行。和普通客车不同的是，氢燃料客车运行过 程中不排放任何有害气体，称为“零排放”汽车，其 原因是 ___________________。
二、应用广泛的化学电池
干电池
锂电池
汽车用的蓄电池
1、电池的特点
体积小 电容量大 移动方便
干电池剖面图学知来自目标习目标
1.通过分析氢气用作燃料的优点，使学生认识到氢能是未来最理 想的能源； 2.知道化石燃料对人类生产、生活的重要意义，认识化学在开发 新能源、 提高能源转化率等方面的重要性。 能力目标 1.通过实验探究培养学生分析、观察、实验设计、实验操作等能 力。 2.通过比较、分析得出氢能源的优越性，及理想的氢能源循环体 系。 情感目标 1.增强学生的能源意识，强化学生关心自然、关心社会的责任 感。 2.认识能源和环境问题的重要性，培养节能和环保意识。
2、电池的能量转化
化学能转化为电能
物质的化学能可以转化为 光能、热能、电能
达标测评题目
• • • • 1、绿色能源是理想的能源，不会造成环境污染，下列不属于绿色能源的是 （ ） A、风能 B、太阳能 C、煤 D、氢能源 2、煤、石油、天然气被称为化石燃料，是不可再生的能源。 ⑴天然气的主要成分是_________，写出该主要成分在空气中充分燃烧的化学方 程式： __________________________________________________________ _________ ⑵分别写出一种煤、石油加工后可以用作燃料的产品：煤：_____；石油：____； 3、氢气是一种清洁能源，以氢燃料电池为动力的汽车已在北京试运行。 ⑴氢气燃烧的化学方程式为 ______________________________________________ ⑵从质量守恒定律观点看，水可作为制取氢气的原料，其原因是 _______________ ⑶目前，开发利用氢能源的困难之一是 ____________________________________。 4、我们的生活离不开能源，下列做法利用了化学能的是（ ） A.使用干电池 B.利用火力发电 C.使用太阳能热水器 D.开发温泉浴 5、一种新型“绿色电池－燃料电池”，是把H2、CO、CH4等燃料和空气不断输 入，直接氧化，使化学能转化为电能，被称为21世纪的“绿色发电站”，这三种 气体可以作为燃料的原因是（ ） A.都是无毒、无害气体 B.都可燃烧，并放出大量热 C.燃烧产物均为二氧化碳和水 D.均在自然界中大量存在
目前全世界使用的能源90% 取自化石燃料，即 煤炭、石油和天然气，它们经历了上亿年的时 间才得以生成，因此是不可在生能源。 从探明的储量分析，现在地球上的煤炭、石油 和天然气的总储量分别为： 石 油：1万亿桶
天然气：120万亿立方米 煤 炭：1万亿吨
按照全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供 人类使用的时间大约还有：
储量有限的化石燃料
中国节能标志
说明：中间是一个 汉字“节”，代表 “节约”；“节” 的“横”和外面的 圆圈组成了一个大 大的字母“e”，代 表能源（能源的英 文 单 词 energy 的 第 一个字母）。整体 图案为蓝色，象征 着人类通过节能活 动还天空和海洋于 蓝色。
大庆油田
从1960年至2002年累计生产原油17多亿吨。 27年稳产在5000万吨/年以上。 1997年最高产量为5600万吨/ 年 2002年为5013万吨/年 2003年计划产量4830万吨/年 进入递减开采期。 ——化工报2003-1-18-
• 8、第28届国际地质大会提供的资料显示：海底蕴藏着大量的天 然气水合物，俗称“可燃冰”。“可燃冰”是一种晶体，晶体中 平均每46个H2O分子构建8个笼，每个笼内可容纳一个CH4分子， 另外2个笼被游离的H2O分子填充。则“可燃冰”平均分子组成 可表示为（ ） • A、3CH4· H2O B、CH4· 3H2O C、CH4· H2O D、 CH4· 8H2O