能源化学(一)
能源化学工程专业描述
能源化学工程专业描述能源化学工程专业是一门涉及能源转化、储存和利用的学科。
它以能源的化学性质和化学过程为基础，通过设计和优化化学反应、催化剂、材料和工艺，实现能源的高效、清洁和可持续利用。
作为一门交叉学科，能源化学工程综合运用化学、物理、材料学和工程学等多个学科的知识和技术。
它的研究领域涉及到化石能源（如煤炭、石油和天然气）、可再生能源（如太阳能、风能和生物质能源）以及电化学能源（如燃料电池和锂离子电池）等各种能源形式。
在能源化学工程专业中，学生将学习化学反应的原理和动力学、催化剂的设计和制备、能源材料的合成和表征、能源转化和储存的工艺设计等方面的知识。
他们将了解不同能源形式的特性和利用方式，掌握能源转化和利用的基本原理和技术。
能源化学工程专业的学生毕业后可以从事多个领域的工作。
他们可以在能源公司、化工企业、环保部门、科研机构和大学等单位从事能源相关的研发、生产、管理和教学工作。
他们还可以参与新能源技术的开发和推广，为能源转型和可持续发展做出贡献。
能源化学工程专业的发展与能源转型密切相关。
随着全球能源需求的快速增长和能源安全、环境污染等问题的日益突出，能源化学工程在实现能源可持续利用和环境友好型能源转型中扮演着重要角色。
通过研究和创新，能源化学工程可以为能源转型提供技术支撑和解决方案，推动能源生产和利用的革命性变革。
能源化学工程专业的学习需要具备扎实的化学和工程基础，同时还需要具备创新思维和问题解决能力。
学生需要通过实践和实验，掌握实际操作和工作的技能。
他们还需要关注能源领域的最新发展和前沿技术，不断更新知识和提高自己的综合素质。
能源化学工程专业是一个充满挑战和机遇的领域。
它既是解决能源问题的关键，也是推动能源转型和可持续发展的重要力量。
通过在能源化学工程专业的学习和研究，我们可以为实现清洁、安全和可持续的能源未来做出贡献。
能源化学工程的概论第一章共123页
人类所认识的六种能量形式
• 机械能 动能：物体运动的能量 位能：物体因位置而具有的能量
• 热 能：一种与温度有关的能量形态 • 电 能：以电流电压呈现的能量 • 辐射能：以电磁波方式呈现的能量 • 化学能：食物、化石燃料等物质储存的能量 • 核 能：粒子相互作用而释放出的能量
能量守恒与转换定律：热力学第一定律
核能的利用
世界能源结构发生的第三次转变： 石油和天然气 可再生能源（1973年第一次石油危机）
核能：原子核发生变化时所释放出的能量。
获得核能的两条途径是：核裂变和核聚变
用中子轰击铀235时，铀核会分裂成大小差不多 的两部分，这种现象叫做核裂变。
1kg铀中的铀核如果全部发生裂变，释放出的能量大 约相当于2500t的标准煤完全燃烧所放出能量.
能源化学与能源化工概论
主讲：刘艳娜 邮箱：nuo2019yahoo
主要内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章
能源简介 煤炭 石油 天然气 核能 太阳能 氢能 生物质能与地热能 燃料电池 其他能源
第一章 能源简介
1.1 能源及其分类 1.2 能源利用史 1.3 能源的作用 1.4 能源储量及消费 1.5 能源化学 1.6 能源与环境 1.7 能源发展趋势
地球热 地震，火山活动，地下热水和地热蒸气， 能 （包括温泉和沸泉），热岩层
原子能 铀，钍，硼，氘
第三类能源（来自地球和 其它天体的相互作用）
潮汐能
二次 电能，氢能，煤油，汽油，柴油，酒精，甲醇，丙烷，苯胺，肼， 能源 氨，硝化棉和硝化甘油，黑色火药等。
有关能源的国际组织
国际能源机构（国际能源署、国际能源组织）International Energy Agency, IEA
能源化学(一)
• 锂离子电池(Li-ion)是锂电池发展而来。 所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。 举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就 属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化 锰，负极是锂。 • 电池组装完成后电池即有电压,不需充电. 这种电池也可能充电,但循环性能不好,在 充放电循环过程中,容易形成锂枝晶,造成 电池内部短路,所以一般情况下这种电池是 禁止充电的。
CuSO4 Cu + 2 e
2+
-+ . ...+..-...... .- .. --+ ...+ - . ... .. -
. .. ..
+ + . + .. .. . . +. . + .+ .. .. . ...ห้องสมุดไป่ตู้
ZnSO4 Zn
2+ + 2e
Cu
Zn
二、化学电源 1、干电池
铜帽 ... .. ..
碳棒 锌壳 糊状Z nCl2和N H4Cl
粉状M nO2
NH 干电池结构：（—） Zn ZnCl2， 4Cl MnO2 C（ +） （—）Zn + （ + ） 2 NH4 + 2 e H2 + MnO2 Zn
2+ + 2e 2 NH3 +
H2 H2O + MnO
+ 2 NH4 + MnO 2+ 2 e 2NH3+ H2O + MnO
• 锂离子电池目前有液态锂离子电池（LIB） 和聚合物锂离子电池（PLIB）两类。其 中，液态锂离子电池是指以 Li＋嵌入化合 物为正负极的二次电池。 • 正极采用锂离子化合物 LiCoO2，LiNiO2 或 LiMn2O4 ，负极采用锂-碳层间化合物 LixC6 电解质为溶解有锂盐LiPF6,LiAsF6 等有机溶剂。
能源化学工程专业简介
能源化学工程专业简介高考之后，填报志愿的时候选择专业是一个很让人头疼的问题，那么能源化学工程专业怎么样呢？就业前景如何？今天小编在这给大家整理了能源化学工程专业资料，接下来随着小编一起来看看吧!能源化学工程专业简介能源化学工程专业为2011年新增专业。
主要研究方向：能源清洁转化、煤化工、石油化工、燃气及天然气工程、环境催化、绿色合成、新能源利用与化学转化环境化工。
中文名能源化学工程专业外文名Energy and chemical engineering专业类化工与制药类专业层次本科专业代码081304T学科门类工学授予学位工学学士修业年限四年培养目标本专业主动积极应对我国以及全球范围内对传统能源升级换代、对可再生能源和新能源材料等方向的迫切需求，旨在培养能够对传统能源和绿色可再生能源的科学利用和可持续发展作出突出贡献的领军型人才;培养掌握化学和能源转化与利用的基本理论、基本知识和基本技能，培养具有良好科学素养、基础扎实、知识面宽，具有创新精神和国际视野的高级专门应用型人才，具备在煤炭行业、电力行业、石油石化行业、生物质转化利用行业从事低碳能源清洁化、可再生能源利用以及能源高效转化、化工用能评价等领域进行科学研究、生产设计和技术管理的能力。
能源化学工程专业概念解析能源化学作为化学的一门重要分支学科，是掌握煤炭综合利用，了解非煤矿物能源，普及新能源和可再生能源知识、实现能源科学利用和可持续发展的重要科学技术基础。
它利用化学与化工的理论与技术来解决能量转换、能量储存及能量传输问题，以更好地为人类经济和生活服务。
化学变化都伴随着能量的变化，而能源的使用实质就是能量形式的转化过程。
能源化学因其化学反应直接或者通过化学制备材料技术间接实现能量的转换与储存。
该专业开展化石资源优化利用的基础与应用基础研究，重点解决高效新型催化剂研制及其工业放大等重大问题;研发高效、低成本、上规模、环境友好的非石油基醇醚酯合成工艺路线;清洁能源的制备、存储及其转化。
应用电化学-能源与电化学-第一章
欧姆电阻R
包括电极材料电阻、电解 质电阻、离子通过隔膜微 孔受到的阻力及正负极与 隔膜的接触电阻。
极化电阻RP
与电化学反应极化相当的 电阻，包括电化学极化和 浓差极化两部分。
电池内阻的测量方法
(1) 短时短路法 电池内阻 = E / I短
(2) 方波电流法 电池欧姆内阻R = VR / I
(3) 交流阻抗法
(Z2) (同N2)
MnO2 + Zn2+ + 2e = ZnO·Mn2O3 (Z3) (同N4)
电解液中反应
l 铵型电池
Zn2+ + NH4Cl = Zn(NH3)2Cl2 + 2H+ 2MnOOH + 2H+ = MnO2 + Mn2+ + 2H2O 2MnOOH + 2NH4+=MnO2+Mn2++2H2O+2NH3 l 锌型电池
(N5) (N6) (N7)
Zn2+ + 2H2O = Zn(OH)2 + 2H+
(Z4)
4Zn(OH)2 + ZnCl2 = ZnCl2·4Zn(OH)2
(Z5)
2MnOOH + 2H+ = MnO2 + Mn2+ + 2H2O (Z6) (同N6)
铵型电池成流反应
(N3) + (N5) + (N1)得：
电池电动势一般不能采用实验方法测定，而是应用电池热力学原理， 通过理论计算获得的，故也称为电池理论电动势。
GT, P = －zFE
电池开路电压
电池开路电压（通常用符号U表示）是指电池两极在断路（无电流） 时的稳定电极电势之差。
(完整word版)能源化学教学大纲-能源科学与工程学院-中南大学
能源化学教学大纲一、课程说明课程编号：100107Z1课程名称（中/英文）：能源化学Energy Chemistry课程类别:必修课学时/学分：32/2先修课程:无适用专业：能源动力类专业（包括:热能与动力工程，建筑环境与设备工程，新能源科学与工程）教材、教学参考书：《普通化学（第六版)》，浙江大学普通化学教研组编，高等教育出版社。
二、课程设置的目的意义能源化学是一门必修的专业基础课。
课程从物质的化学组成、化学结构和化学反应出发，密切联系能源工程技术中遇到的如化石燃料燃烧、化学电源、节能技术、新能源开发利用、环境的污染与保护等有关化学问题,深入浅出地介绍有现实应用价值和潜在应用价值的基础理论和基本知识,使学生在今后的实际工作中能有意识的运用化学观点去思考、认识和解决问题。
三、课程的基本要求按照本专业培养方案的要求，阐述本课程所承载的能力和素质培养的具体知识内容。
掌握各章节的重点、难点内容;对基本概念、基本定律理解透彻，运用恰当。
使学生在高中化学基础上，进一步学习和掌握本课程的基础知识和基本技能，具有运用能源化学重点内容的能力,能将能源领域中的化学问题和课程学习相结合，给出自己的分析和结论.五、实践教学内容和基本要求无。
六、考核方式及成绩评定根据课程类型、课程性质、课程内容及特点，确定适合的考核内容、考核方式及成绩评定。
考核内容重点考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和创新能力等;考核方式采用多种形式（笔试、口试、答辩、测验、论文等）、多个阶段(平时测试、作业测评、课外阅读、社会实践、期末考核等）、多种类型（作品、课堂实训、课堂讨论、社会调查、竞赛等）等全过程的考核;成绩评定加大过程考核及阶段性考核成绩比例（原则上≥40%）,减少期末成绩的占分比例。
七、大纲主撰人：李海龙大纲审核人:。
能源化学工程专业认识
能源化学工程专业认识能源化学工程是一门应用化学和工程学的交叉学科，主要研究如何合理、高效地利用和转化能源资源，以满足人类社会日益增长的能源需求。
本文将介绍能源化学工程专业的基本概念、重要性以及相关的学科内容。
一、专业概述能源化学工程是以化学原理和工程技术为基础，研究能源转化与利用的学科。
该专业着重研究能源产业链中的各个环节，包括能源的获取、储存、转化和利用等方面。
其目标是通过提高能源利用效率，减少能源资源的浪费，推动可持续发展。
二、专业重要性能源是现代社会的基础，对人类社会的发展至关重要。
然而，能源资源有限，且部分能源的使用还会产生环境污染和气候变化等问题。
能源化学工程专业的出现和发展，就是为了应对这些挑战。
通过研究能源化学工程，我们可以深入理解能源的来源、转化和利用过程，有效提高能源利用效率，减少能源损失，并寻找替代能源，将对环境和人类社会造成的影响降到最低。
三、学科内容能源化学工程专业涉及多个学科领域，包括但不限于以下内容：1.化学原理：学习化学反应、化学平衡和热力学等基本原理，了解不同能源间的相互转化过程。
2.能源转化与利用：研究各种能源的转化与利用技术，比如化石能源（如石油、天然气）、核能和可再生能源等。
3.能源储存技术：研究不同类型的能源储存技术，如电池、氢能储存等，以提高能源供应的稳定性和可持续性。
4.环境影响评估：研究不同能源利用方式对环境的影响，并提出相应的环境保护措施。
5.新能源研发：探索新型能源的研发和应用，如太阳能、风能、生物质能等，以减少对传统能源的依赖。
6.能源经济与政策：研究能源相关的经济学和政策学知识，探讨能源市场的运作规律和政府的政策调控。
四、就业前景随着全球能源需求的增长和对可持续能源的需求不断加大，能源化学工程专业的就业前景十分广阔。
毕业生可在能源供应公司、石油化工企业、环境保护机构、新能源企业和科研院所等单位从事能源相关技术与管理工作。
此外，能源化学工程专业的人才在国家能源安全战略规划、环境保护和能源政策研究等领域也有很大的需求。
能源化学(1)
能源化学(1)
第一节 引言
二．能源的分类
4．按能否再生分
一次能源还可用“可否再生”进一步分为再生能源
和非再生能源。
所谓再生能源，是指不随本身的转化或被利用而日益
能源化学(1)
第二节 世界能源形势
资源短缺特别是各类不可再生资源的日渐枯竭和日 益严重的生态环境问题是人类能源开发利用的两大限制 性因素。
据统计，在近代工业化革命短短的一二百年中，工 业生产增长了50倍，矿物燃料的消耗增加了30倍。更重 要的是：人类创造物质财富能力的80%是在20世纪50年 代之后产生的，人类消耗矿物燃烧的能力的60%也是在 50年代以后产生的。如果人类能源开发利用的模式不尽 快改变，其后果将是灾难性的。
目前我国人均用能还处于相对低的水平，约 1000kgce/人年，比起美国的人均用能11000kgce/人年， 日本、德国、俄罗斯等国的5000-6000kgce/人年，尚有 很大差距。
能源化学(1)
第三节 我国的能源形势
一．我国能源结构特征
表 1 我国一次能源供需情况 （单位：亿吨标准煤）
生产和构成(%)
料、地下热水和蒸汽、高水位水库里的水、氢、炸药 之类含能材料等。在含能体能源中，能量储存在载体 中。
过程性能源(非燃料能源)：包括风能、流水、海流、 潮汐、波浪、地层、火山爆发、雷电、电磁能和一般 热能等。过程性能源无法大规模地储存，如若储存， 必须把它们转变为某种含能体能源。
能源化学(1)
第一节 引言
能源化学(1)
第一节 引言
二．能源的分类
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3、原电池：由化学反应产生电流的装置。 置换反应：Zn + Cu2+→ Cu + Zn2+(反应快、 现象明显)，是一个氧化还原反应，从原理上来 说， Zn失去电子，传递给Cu2+，这种传递过程 是在Zn板和Cu2+溶液界面上直接进行的。丹尼 尔设计了一个特殊的装置，是电子的传递通过外 电路进行。称为丹尼尔电池。
加快水电和核能的建设，开发太阳能、风能、地热能、潮 汐能和生物能等清洁能源，加强对煤的综合利用，大力提倡 节约能源。
地球煤开采只能维持200年左右； 石油天然气只能维持50年左右。
三、煤的综合利用
煤浑身是宝。煤的直接燃烧只利用煤热值10%。
综合利用：将煤隔绝空气在1000—1300度的高温干馏，可得焦 炭、煤气和煤焦油。
天然气主要是甲烷 CH4 按体积 80-90% 多者近98% 其它有少量乙烷、丙烷、丁烷和戊烷。 分两种： 干天然气：甲烷 86-99% 湿天然气：甲烷 60-70%，含乙烷、丙烷、丁烷 等。
煤气 25-50%甲烷，空气中5-14%时，遇火爆炸（剧烈氧化）， 矿井爆炸事故多属甲烷引起。沼气也含有多量甲烷，天然气可
煤、石油是污染型能源；水力、氢能、燃料电池、太阳能、 风能为清洁型能源。
二、我国能源的现状和未来
1、能源总量丰富、人均不足
煤炭探明储量1.5Tt(Tt=1012t)，居世界第三位； 石油 7.0Gt（Gt= 109t）， 第六位； 天然气 33.3 Tm3, 十六位； 水力资源及水电 第一位。
G 千兆，109；T 兆兆，1012
焦炭：炼铁、铸造、制造电石（CaC2）、生成乙炔（C2H2） 乙炔：切割、焊接金属
煤气主要成分：氢气、甲烷、一氧化碳及其他碳氢化合物。 用于民用、农业、冶金、化工。
煤焦油：成分非常复杂，含500多种物质。主要为苯、甲苯、苯 酚、吡啶、萘和蒽。 可作染料、医药、农药及纤维等。
煤的综合利用大有好处，大有前途。
商品能源人均耗量800kg标准煤，仅为世界平均值的1/3。 而单位国民生产总值能耗则是世界最高的国家之一。造成 能源短缺，利用率低、浪费严重、污染成害。
2、改善能源结构、提高能源利用率 煤炭仍然是我国的主要能源，民用煤的利用率只相当发达 国家的四分之一。
能源生产和使用面临经济发展需求和环境质量改善的双重 压力，能源短缺和浪费同时存在。 能源政策重点：改善能源结构、增加清洁能源比重，提高煤 炭转换成电能的比重。
CuSO4 Cu + 2 e
2+
+. .. . . + .. .+ . --...... ... .. - + - . ...
用作燃料和化工原料。
第二节、 氧化还原反应和原电池： 化学反应：非氧化还原反应 氧化还原反应
• 氧化还原反应： 参加反应的原子或离子的氧化 数发生变化的一类化学反应，叫氧化还原反应。 一、原电池基本概念
1、氧化剂、还原剂：
任何氧化还原反应，无论简单与复杂，都有
相同的特点，比如一种（或几种）原子的氧化数
盐桥 V Cu Zn
CuSO 4
. . ...... . ...... ... .. .. ... . .. ..
.. ... .. . .. . .. .. . .. .
ZnSO 4
• 原则上，任何氧化还原反应的原理都是传递电子， 因此一般来说，任何氧化还原反应都可以设计成 原电池。 • 原电池的电极反应和正、负极判断： 丹尼尔电池的电池反应：Zn + Cu2+→ Cu + Zn2+ 可以分为两个半反应,在原电池中称为半电池或电 极反应：一个失去电子，另一个得到电子： Zn → Zn2++2e（-） Cu2++2e→ Cu （+）
用途 燃料
溶剂
备注
粗汽油
汽油 航空汽油 煤油 柴油 润滑油 液体石蜡 凡士林 固体石蜡 沥青
飞机、汽车燃料 航空燃料 灯火燃料 发动机燃料 润滑机器、防锈 缓泻剂 软膏基质 制造蜡烛 铺马路、漆屋顶
总 称 轻 油 重油 石液 蜡体 混和 合固 物体
半固体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ固体 残渣
八、天然气的化学成分及用途
开采石油时，还同时获得大量的石油气。若开采时没见石油 只有气体就称为天然气。
一次能源：指从自然界获得，而且可以直接应用的热能和动力。 包括：煤、石油、天然气等燃料（又称矿物燃料）以及水 能、核能、地热能、太阳能、风能等。 石油、煤、天然气大约占总能耗的85%。
二次能源：指依靠其他能源而获得的能源。 如：电能、汽油、氢能等。
应用较普通煤、石油、天然气、水力为常规能源。
新近才利用或正在开发研究的能源—核裂变、核聚变、太 阳能、风能、氢能、地热能称为新能源。
升高，另一（些）原子的氧化数必然降低。 例如：O*2+2H*2==2H2O
2、离子方程式： 对于水溶液中进行的氧化还原反应，离子是 可以自由运动的，有些离子与氧化数的变化有关， 而有些离子与氧化数的变化无关。这样，可以简 化方程式。例如：
Cl**2 + 2NaOH== NaCl + NaClO + H2O Cl**2 + 2OH- == Cl- + ClO- + H2O
四、石油的化学成分和分馏产物
原油—从油田开采出来未经加工的石油。一般为褐红色至黑 色的粘稠液体，有特殊气味。相对密度0.75-1.0，不溶 于水。化学成分比较复杂，多至上百种，而且因产地而
异。大庆、玉门含饱和链烃；辽宁盘锦含环烷烃；台湾
含芳烃
分馏很难分离成个别的化合物，一般按挥发性的大小分段收集
油品 石油气
4、电极电位 丹尼尔电池：为什么在两个电极之间发生电子沿 盐桥 一定方向的转移呢？ V 双电层理论：平衡电极电位 Cu Zn
CuSO 4 . . ...... . ...... ... .. .. ... . .. .. .. ... .. . .. . .. .. . .. .
ZnSO 4
Cu
Zn
石油醚
主要成分 C1-C4
C5-C6 C7-C8 C6-C12 C10-C15 C12-C416 C15-C18 C16-C20 C18-C24 C25-C34 C30-C40
沸点范围（度） 常温以下
30-60 70-120 70-200 150-250 200-270 270-340 300度以上