6.1 化学与能源开发
化学与能源开发
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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 ___________________。
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。
如何利用化学知识进行能源开发与利用
如何利用化学知识进行能源开发与利用能源是人类社会发展的重要物质基础，而化学知识在能源开发与利用方面发挥着至关重要的作用。
从传统的化石能源到新兴的可再生能源，化学原理和技术贯穿始终，为我们提供了更高效、更清洁、更可持续的能源解决方案。
一、传统化石能源的优化利用煤炭、石油和天然气是我们熟知的传统化石能源。
化学知识在这些能源的开采、加工和利用过程中都有着广泛的应用。
在煤炭的利用方面，通过化学方法可以进行煤炭的气化和液化。
煤炭气化是将煤炭转化为合成气（主要成分是一氧化碳和氢气），然后再通过一系列化学反应合成液体燃料或化工产品。
煤炭液化则是将煤炭直接转化为液体燃料，如煤制油。
这些化学转化过程不仅提高了煤炭的利用效率，还减少了直接燃烧煤炭带来的环境污染。
石油的加工也是化学知识的重要应用领域。
通过分馏、裂化、重整等化学工艺，可以将原油分离成不同沸点范围的馏分，如汽油、柴油、煤油等，并进一步将大分子烃类转化为小分子烃类，以提高油品的质量和产量。
同时，利用化学催化技术，可以生产出各种高附加值的化工产品，如塑料、橡胶、纤维等。
天然气的利用也离不开化学知识。
例如，甲烷是天然气的主要成分，可以通过化学催化反应转化为合成气，进而合成甲醇、甲醛等化工产品。
此外，天然气还可以用于燃料电池，通过电化学反应直接将化学能转化为电能。
二、可再生能源的开发随着对环境保护和可持续发展的重视，可再生能源的开发成为了能源领域的研究热点。
化学知识在太阳能、风能、水能、生物能等可再生能源的开发和利用中也发挥着关键作用。
太阳能是最丰富的可再生能源之一。
太阳能电池是将太阳能转化为电能的重要装置，其中的关键材料如硅、碲化镉、铜铟镓硒等，其性能和制备都涉及到化学原理和技术。
此外，利用化学方法还可以开发太阳能燃料，如通过人工光合作用将水分解为氢气和氧气，或者将二氧化碳转化为有机物燃料。
风能的利用主要是通过风力发电。
虽然风力发电本身是基于物理原理，但风机叶片的制造材料和防腐蚀涂层的选择与制备，以及电能的存储和转化等环节，都需要化学知识的支持。
6.1.1化学反应与热能(教学设计)高一化学(人教版2019)
第六章《化学反应与能量》教学设计第一节化学反应与能量变化第一课时化学反应与热能【回顾2】.什么是化石燃料？请举例说明人类对化学反应中能量的利用情况有哪些？【学生1】①化石燃料是由古代生物的遗骸经过一系列复杂变化而形成的不可再生能源。
如煤、石油和天然气等。
【学生2】人类对化学反应中能量的利用：a.生活燃料的使用，如做饭、取暖等；b.利用燃烧等化学反应产生的能量发电、燃烧陶瓷、冶炼金属和发射火箭等；c.利用爆炸可以开矿采煤、开山炸石、拆除建筑物等。
【预习1】如下图所示，说明反应物和生成物具有的能量与化学反应中的热量变化有何关系？【学生】反应过程（①）为放热反应：反应物能量> 生成物能量反应过程（①）为吸热反应：反应物能量< 生成物能量【预习1】化学反应中热量的的变化与化学键有何关系？【学生】物质中的原子之间是通过化学键相结合的，而化学键是与化学能联系在一起的。
当物质发生化学反应时，断开反应物的化学键要吸收(放出或吸收)能量，而形成生成物的化学键要放出(放出或吸收)能量。
【导入】能源、材料，信息被称为现代社会发展的三大支柱。
能源是人类赖以生存和发展的重要资源。
我们在生产、生活中所使用的能量绝大部分是由化学反应提供的，特别是煤、石油、天然气以及它们的制品燃烧所产生。
随着社会的发展，人类活动对能源的消耗逐渐增多，尽管一些新能源被不断开发和利用，但是，由于对资源的不合理开发和利用从而引发了不可回避的能源危机已成为制约一个国家发展的瓶颈，今天我们以化学的眼光来研究有关能源问题。
【过渡】在初中化学的学习中，我们已经知道化学反应中既有物质变化，又有能量变活动二、实验探究放热反应和吸热反应实验装置实验现象①镁条逐渐溶解，有气泡产生；①温度计温度上升；①用手触摸试管壁，有温热感①混合物呈糊状；①有刺激性气味气体产生；①木片上的水结成冰，与烧杯底粘在了一起；①用手触摸杯壁下部，有凉的感觉实验原理Mg + 2HCl === MgCl2 + H2↑Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl === BaCl2+2NH3↑+ 10H2O实验结论该反应产生气体，并放出热量该反应产生气体，并吸收热量【教师】评价、追问：通过上面个量个实验，可以得出什么结论？【学生】化学反应中总会伴随着能量变化，通常主要表现为热能的变化，有的放出热量，有的吸收热量。
化学合成与新能源开发
化学合成与新能源开发随着世界人口的增长和工业化的进程，能源需求日益增加，传统能源的供应已经面临着枯竭和环境污染等问题。
因此，开发新能源成为了当今社会的重要课题之一。
化学合成作为一种重要的手段，正在为新能源的开发提供强大的支持。
一、化学合成在新能源开发中的应用化学合成是通过合成反应从原料中合成所需的化合物或材料。
在新能源开发中，化学合成被广泛应用于以下几个方面：1.1 人工合成燃料化学合成技术可以将可再生能源转化为高效、清洁的燃料。
例如，通过催化剂的作用，可以将太阳能或风能转化为氢气燃料，该燃料在燃烧过程中不会产生二氧化碳等有害气体。
此外，化学合成还可以通过合成液体燃料或电池材料，为新能源的利用提供更多样化的选择。
1.2 合成光伏材料光伏材料是将太阳能转化为电能的材料。
通过化学合成技术，可以制备出高效的光伏材料，如铜铟硒薄膜太阳能电池。
这种材料可以通过溶液法、热蒸发法等化学合成的方法得到，并具有高效率、低成本等优势，为新能源开发提供了良好的应用前景。
1.3 制备储能材料能源储存是新能源开发中面临的一个重要问题。
化学合成技术可以用于制备高性能的储能材料，如锂离子电池的正负极材料、氢储氢材料等。
通过化学合成，可以控制材料的结构和性能，提高储能材料的能量密度和循环寿命，为新能源的大规模应用提供可靠的支持。
二、化学合成在新能源开发中的挑战与机遇虽然化学合成在新能源开发中具有广阔的应用前景，但也面临着一些挑战。
首先，化学合成的过程通常需要高温、高压等条件，这对反应设备和催化剂提出了较高的要求。
其次，一些化学合成过程中可能产生有害物质或废弃物，对环境造成污染。
然而，化学合成也带来了许多机遇。
随着新材料合成技术的发展，可以设计出更高效、更环保的合成方法，提高反应产率和选择性。
此外，新型催化剂和反应器的研发也为化学合成提供了新的机遇，有望实现更低能耗、更可持续的合成过程。
三、化学合成与新能源开发的研究进展目前，化学合成与新能源开发的研究进展如下：3.1 新型催化剂的研发催化剂是化学合成中的关键因素，能够提高反应的速率和选择性。
2022年鲁教版化学九下《第一节化学与能源开发》精品公开课课件
太阳能、核能、风能、地热能、潮汐能等。
太阳能
水能
风能
氢能
新能源
核能
潮汐能
地热能
生物质能
二、清洁高效的氢能
（1）氢气作为能源，有哪些优点？ （2）氢能源还没有得到广泛应用的原因。
1.氢能源的优点
（1）放热量高。每升氢气燃烧放出的热量为 1 千克汽油燃烧放 出的热量的3－4倍。
（2）清洁无污染。 氢气在燃烧过程中，产物只有水，不会造 成环境污染，因而又被称为“清洁燃料”。
(H2) (O2)
同
之
条件为点燃
条件为通电
处
生成水放出热量 电解水需要消耗电能
相互 关系
两个反应的反应物与生成物正好相反
理想的高能燃料
➢ 氢气的用途
氢气是高能清洁燃料。 原因： • 热值高。 • 燃烧后的产物为水，不污染环境。 • 是理想的可再生能源，可以水为原料来制取。
理想的高能燃料 ➢ 氢气的用途
中国节能产 品认证标志
（1）中间是一个汉字“节”，代 表“节能”；
（2）“节”的“横”和外面的圆 圈组成了一个大大的字母“e”，代 表能源（energy）；
（3）整体图案为蓝色，象征着人 类通过节能活动恢复并保持天空和 海洋于的蓝色。
3.新能源的开发
（1）新能源的特点
①蕴藏丰富； ②安全、干净，不会威胁人类和破坏环境； ③在自然界中可以不断再生。
氢气的化学性质—可燃性
➢ 实验探究氢气的爆炸
实验 操作
取一个无盖，底部钻一小孔的塑料（纸） 筒或杯，用纸团堵住小孔，开口一端朝下 ，通入一会儿氢气，使筒里的气体为氢气 和空气的混合气。把筒拿到安全的地方， 拔掉堵孔的纸团，用燃着的木条在小孔处 点火（为安全起见，点火时人要离远一点 ），注意观察实验现象
化学与能源认识化学在能源领域的应用和发展
化学与能源认识化学在能源领域的应用和发展化学与能源：认识化学在能源领域的应用和发展概述：化学作为一门探索物质结构、性质和变化的科学，对于能源领域的应用和发展起着重要的推动作用。
本文将详细介绍化学在能源领域中的应用，包括化学能的转化、化学储能技术、化学能源的发电方式和新能源的开发等方面，旨在探讨化学在能源领域中的重要作用以及对未来能源形势的影响。
一、化学能的转化化学能的转化是能源领域中的重要过程，常见的化学能转化包括燃烧、电化学反应和核能反应等。
1. 燃烧反应燃烧反应是化学能转化的常见形式，通过燃烧可以将化学能转化为热能和光能。
例如，化石燃料的燃烧可以产生大量的热能，用于供暖、发电和工业生产等方面。
同时，燃烧也伴随着废气的产生，其中包括二氧化碳等温室气体，对环境造成了不可忽视的影响。
2. 电化学反应电化学反应是将化学能转化为电能的过程，主要包括电池和燃料电池两种形式。
电池通过化学反应产生电流，常见的例子包括锂电池、铅酸电池和锌锰电池等。
燃料电池则通过氧化还原反应将燃料化学能直接转化为电能，具有高效能、环境友好的特点。
目前燃料电池已在交通运输、电力供应等领域得到广泛应用。
3. 核能反应核能反应是将核能转化为热能或电能的重要途径，核能在能源领域中具有巨大的潜力。
核裂变反应是目前主要的核能来源，通过分裂重核使核能释放，产生大量的热能和中子。
核聚变反应则是模仿太阳的能源产生过程，将轻核聚变为重核，释放巨大的能量。
虽然核能具有巨大的储能量，但也存在核废料处理和安全性等问题。
二、化学储能技术化学储能技术是指将化学能转化为可存储的形式，以便在需要时进行释放和利用。
常见的化学储能技术包括电池、超级电容器和化学储氢等。
1. 电池电池是一种将化学能转化为可用电能的储能装置，广泛应用于移动设备、交通运输和可再生能源等领域。
随着科技的进步，电池的技术也在不断发展，新型电池如锂空气电池、固态电池等正在研究和开发中，具有更高的能量密度和更长的寿命。
化学与新能源开发的关系
结语
光电化学反应是新能源开发的重要方向之一，光 催化技术的不断创新将为清洁能源的实现提供强 有力的支持。通过光能转化为电能，化学材料在 新能源领域发挥着关键作用，未来光电池技术有 望广泛应用，为可持续发展贡献力量。
● 03
第3章 电化学反应
电解水制氢
电解水制氢是一种将 电能转化为氢气的重 要过程，可用于储能 和燃料电池等领域。 化学催化剂在电解水 制氢过程中可以降低 能耗和提高反应效率。 电化学反应的研究为 氢能源的可持续发展 提供了技术支持。
THANKS
研究方向
新型催化剂设计 纳米材料应用 高温超导材料研究 生物材料利用
挑战与机遇
新能源技术的发展既面临 挑战，也蕴藏着巨大机遇
应用前景
新能源技术的推广应用将 改变未来能源格局
可持续发展
化学材料设计为新能源的 可持续发展提供了新的思 路
● 05
第5章 跨学科合作
化学与物理学的 交叉
化学和物理学在新能 源领域具有重要的交 叉作用，可以共同推 动科学技术的发展。 通过化学和物理学的 相互协作，可以实现 新能源技术的创新和 突破。跨学科合作将 为新能源开发带来更 多可能性和发展机遇。
化学与新能源开发的关系
汇报人：大文豪
2024年X月
第1章 简介 第2章 光电化学反应 第3章 电化学反应 第4章 化学材料设计 第5章 跨学科合作 第6章 总结
目录
● 01
第1章 简介
化学与新能源开发的关系
化学作为一门基础科学，在新能源开发领域扮演 着重要的角色。化学知识可以帮助我们理解能源 转化过程，并且设计高效的能源转换系统。新能 源开发需要跨学科的合作，化学在其中扮演连接 各学科的桥梁。
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知识点一 清洁高效的氢能 【自主学习】阅读P133后完成。 1.重要能源: 化石燃料:包括_煤__、_石__油__和_天__然__气__等。 新能源:包括_太__阳__能__、_地__热__能__、风能、核能、_潮__汐__能__ 等。
2.最理想的能源物质——氢气: (1)作为燃料的优点:_热__值__高__、_原__料__易__得__、_产__物__对__ _环__境__无__污__染__。
现象
(3) 用 导 线 将 实 验 (2) 中的锌片与碳棒连接, 电流计指针发生_偏__转__,碳棒 并 在 导 线 中 间 连 接 一 周围有气泡产生 灵敏电流计
结论:闭合电路中有电流通过。 推论:化学反应产生的能量可以转化为_电__能__。 化学电池是将_化__学__能__转化为_电__能__的装置。
【师生合作】根据P134实验探究6-1完成。 2.观察实验探究“化学反应能否产生电能”回答下列 问题:
过程
现象
(1)剥开一节干电池
电池中有正极碳棒、负极锌 皮,中间有黑色和胶状物质
过程
现象
(2)将一块锌片和一根 锌片周围有_气__泡__产生,碳棒 碳棒平行插入盛有稀
周围则没有 硫酸的烧杯里
过程
方程式为6CO2+6H2O
C6H12O6+6O2。氢气除了以燃烧
释放热能这种转化方式外,还能以图中所示的原理,通
过燃烧将化学能转化为电能。
该“氢氧燃料电池”中氢气燃烧生成水,反应的化学 方程式为2H2+O2 =点=燃== 2H2O。
【板书在线】 【学霸板书】
【自我构建】
【易混判断】
1.开发新能源后应当禁止使用常规能源。
【名师点拨】能源的开发及利用
2.能源的地位及作用: (1)化石燃料不仅是工农业生产的燃料,还是重要的化 工原料。 (2)地球上的化石燃料即将用尽,我们必须寻求石油的 替代品——新能源。 (3)新能源的开发和利用对社会的可持续发展有重要的 作用。
3.氢能: (1)优势:热值高、原料易得、产物无污染。 (2)不足:贮存、运输难度大,存在安全问题。
题型一 能源的开发与利用
【例1】(2017·兰州中考)现代社会对能量的需求量
越来越大,下列不属于新能源的是 ( B )
A.核能
B.天然气
C.可燃冰
D.风能
【点拨】解答本题需要明确以下两点: (1)新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可 再生能源,包括太阳能、氢能、沼气、水能、风能、地 热能等。 (2)常规能源一般是指已广泛利用的煤炭、石油、天然 气。
题型二 应用广泛的化学电池 【例2】煤、石油、天然气等化石燃料是不可再生能 源。植物在光照条件和叶绿素催化作用下发生的光合 作用可产生比较丰富的可再生资源,其化学方程式为 _6_C_O_2+_6_H_2_O________C_6_H_12_O_6_+_6_O_2 。氢气是理想的“绿色能 源”,其燃烧热值高、产物无污染。除了以燃烧释放热 能
ห้องสมุดไป่ตู้
(×)
2.氢能只有优点无缺点。
(×)
3.化学电池将电能转化为化学能。 ( × )
4.废旧的电池可以随意丢弃。 ( × )
这种转化方式外,它还能以图中所示的原理装置将_化__学__
能转化为_电__能,这种能量转换效率高,该“氢氧燃料电 池”中反应的化学方程式为_2_H_2_+_O_2_=点_=_=燃_=_2_H_2_O_。
【点拨】植物在光照条件和叶绿素催化作用下发生光
合作用,吸收二氧化碳,生成葡萄糖和氧气,反应的化学
(2)制氢方法。
①电解水制取氢气方法的缺点:消耗电能太多,成本太
高。
化学能
②理想的氢能源循环体系。
2H2O====2H2+O2
电能
(3)开发利用过程中存在的问题。 ①成本问题:制备氢气的能耗高。 ②安全问题:氢气的贮存和运输既不方便也不安全。
知识点二 应用广泛的化学电池 【自主学习】阅读P134后完成。 1.化学电池: (1)电池的优点是_体__积__小__、_电__容__量__大__、移动方便 等。 (2)常见的电池种类有干电池、锂电池、蓄电池等。