化学与社会课件

太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会第 2 章 能 源太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会第 2 章 能 源太原师范学院化学系Taiyuan太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 能源能源、材料材料、信息信息是人类社会发展的三大支是人类社会发展的三大支柱。柱。按人类发展各个历史阶段所使用的主要能源，按人类发展各个历史阶段所使用的主要能源，可将人类社会划分为：可将人类社会划分为：柴草时期柴草时期、煤炭时期煤炭时期和和石石油时期油时期。能源、材料、信息是人类社会发展的三大支柱。太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(1)柴草时期柴草时期a.火的发现至火的发现至18世纪产业革命期间。世纪产业革命期间。b.主要用途：主要用途：烧烤食物、驱寒取暖；烧烤食物、驱寒取暖；烧制陶器、冶炼金属。烧制陶器、冶炼金属。陶器陶器是人类制造出的第一件自然界不存在的材料。是人类制造出的第一件自然界不存在的材料。早在公元前早在公元前3000年，人类就掌握了年，人类就掌握了木炭炼铜技术木炭炼铜技术。(1)柴草时期a.火的发现至18世纪产业革命期间。b.太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(2)煤炭时期煤炭时期a.开采于开采于13世纪，大规模开采以至成为世界主要世纪，大规模开采以至成为世界主要b.能源则在能源则在18世纪中叶。世纪中叶。b.1769年年，瓦特瓦特发明蒸汽机。发明蒸汽机。c.直至直至20世纪世纪40年代，煤炭仍占世界能源消费的首年代，煤炭仍占世界能源消费的首 位。位。d.近年来，特别倡导煤的综合利用。近年来，特别倡导煤的综合利用。(2)煤炭时期开采于13世纪，大规模开采以至成为世界主要太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(3)石油时期石油时期a.第二次世界大战后，发现了大油田及伴生的天然第二次世界大战后，发现了大油田及伴生的天然气，石油消费量猛增。气，石油消费量猛增。b.60年代初期，石油和天然气的消耗比例已开始超年代初期，石油和天然气的消耗比例已开始超 过煤炭而居首位。过煤炭而居首位。c.我国能源结构仍以煤炭为主我国能源结构仍以煤炭为主。(3)石油时期第二次世界大战后，发现了大油田及伴生的天然太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会2.1 能源的分类和能量的转化能源的分类和能量的转化（1）按来源分）按来源分a.来自地球以外的太阳能来自地球以外的太阳能b.来自地球本身的能量来自地球本身的能量c.来自各天体引力产生的能量来自各天体引力产生的能量如：地热能如：地热能如：潮汐能如：潮汐能2.1 能源的分类和能量的转化（1）按来源分a.来自地球太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（2）按能源使用分）按能源使用分能源能源一次能源一次能源二次能源二次能源常规能源常规能源新能源新能源非可再生能源非可再生能源可再生能源可再生能源煤制品煤制品石油制品石油制品电力、氢能、沼气等电力、氢能、沼气等非可再生能源非可再生能源可再生能源可再生能源如：水能如：水能如：太阳能如：太阳能如：焦炭、煤气如：焦炭、煤气如：汽油、煤油如：汽油、煤油（2）按能源使用分能源一次能源二次能源常规能源新能源非可再生太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会一次能源一次能源 在自然界直接存在，可以直接取得且不必改变其基在自然界直接存在，可以直接取得且不必改变其基本形态的能源。本形态的能源。二次能源二次能源一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源品种。一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源品种。常规能源常规能源 也叫也叫传统能源传统能源，是已经大规模生产和广泛利用的能，是已经大规模生产和广泛利用的能源，它又分为可再生能源和不可再生能源。源，它又分为可再生能源和不可再生能源。一次能源 在自然界直接存在，可以直接取得且不必太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会新能源新能源 以新技术为基础，系统开发利用的能源以新技术为基础，系统开发利用的能源太太阳能的利用。阳能的利用。据估计，太阳辐射到地球表面的能量是目前全据估计，太阳辐射到地球表面的能量是目前全世界能量消费的世界能量消费的1.3万倍。万倍。植物的光合作用就是自然界利用太阳能极为成植物的光合作用就是自然界利用太阳能极为成功的范例。功的范例。只要找到有效的光合作用模拟体系只要找到有效的光合作用模拟体系，就可利用太阳能。就可利用太阳能。新能源 以新技术为基础，系统开发利用的能源太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（3）按运动形式分）按运动形式分 机械能（动能和势能）、热能、电能、光能机械能（动能和势能）、热能、电能、光能等。不同运动形式的能量可以互相转化，但无论等。不同运动形式的能量可以互相转化，但无论如何转化都遵守如何转化都遵守能量守恒定律能量守恒定律。在能量转化过程中，未能做有用功的部分称在能量转化过程中，未能做有用功的部分称为为“无用功无用功”，它常以热的形式表现。，它常以热的形式表现。（3）按运动形式分 机械能（动能和势能）、热能太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 体系内能的变化；体系内能的变化；Q体系从外界吸收的能体系从外界吸收的能量；量；W外界对体系做的功。外界对体系做的功。内能：内能：内能：内能：物质体系中，分子的动能、势能、电子能量和核能等物质体系中，分子的动能、势能、电子能量和核能等的总和。的总和。内能的绝对值至今无法直接测量内能的绝对值至今无法直接测量，但体系内能的变化，但体系内能的变化常以功和热表征。三者关系为：常以功和热表征。三者关系为：热力学第一定律热力学第一定律 体系内能的变化；Q体系从外太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会应用上述公式时，注意各物理量的正、负号。应用上述公式时，注意各物理量的正、负号。注注 (+)体系内能增大，体系内能增大，(-)体系内能减小；体系内能减小；Q (+)体系吸收热量，体系吸收热量，(-)体系放出能量；体系放出能量；W (+)外界对体系做功，外界对体系做功，(-)体系对外做功。体系对外做功。应用上述公式时，注意各物理量的正、负号。注 太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会2.2 碳的化学碳的化学 2.2.1 单质碳单质碳（1 1）金刚石金刚石 在天然产物中，硬在天然产物中，硬度最高，熔点最高，不度最高，熔点最高，不导电。如：钻石。导电。如：钻石。2.2 碳的化学 2.2.1 单质碳（1）金太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（2 2）石墨石墨a.石墨中包含自由电子，故其具有石墨中包含自由电子，故其具有导电性导电性和和滑动性滑动性。b.注：注：做铅笔芯的是石墨，而不是铅。做铅笔芯的是石墨，而不是铅。c.石墨与金刚石在一定条件下可以互相转化。石墨与金刚石在一定条件下可以互相转化。（2）石墨a.石墨中包含自由电子，故其具有导电性和滑动性。太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（3 3）球碳球碳 1985年，发现了碳的年，发现了碳的第三中单质第三中单质球碳球碳C60，俗称足球烯，也称俗称足球烯，也称“富勒富勒烯烯”（Fuller），可做催），可做催化剂、润滑剂、超导体等化剂、润滑剂、超导体等的基质材料。的基质材料。（3）球碳 1985年，发现了碳的第三中单质太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 2.2.2 烃类烃类碳氢化合物碳氢化合物（1）烷烃）烷烃代表化合物：代表化合物：CH4 C4H10 C8H10。天然气天然气 石油液化气石油液化气 汽油汽油通通 式：式：CnH2n+2属属饱和烃饱和烃，特定条件下可发生，特定条件下可发生取代反应取代反应。CHHHHCH4的结构的结构 2.2.2 烃类碳氢化合物（1）烷烃代表（2）烯烃）烯烃CCHHHHC2H4的结构的结构代表化合物：代表化合物：C2H4、C3H6和丁二烯。和丁二烯。结构中含有碳碳双键的烃，为结构中含有碳碳双键的烃，为烯烃烯烃；含有两个碳碳；含有两个碳碳双键的烯烃，为双键的烯烃，为二烯烃二烯烃。乙烯的生产能力是一个国家综合国力的重要标志。乙烯的生产能力是一个国家综合国力的重要标志。丙烯丙烯是制造人造羊毛、人造纤维的基本原料。是制造人造羊毛、人造纤维的基本原料。丁二烯丁二烯是制造人造橡胶的基本原料。是制造人造橡胶的基本原料。通通 式：式：CnH2n属属不饱和烃不饱和烃，可发生，可发生加成反应加成反应。（2）烯烃CCHHHHC2H4的结构代表化合物：C2H4、C 分子中含有碳碳叁键的烃，为分子中含有碳碳叁键的烃，为炔烃炔烃。乙炔可由电石乙炔可由电石CaC2水解产生。水解产生。乙炔燃烧时可放出很大的热量，乙炔燃烧时可放出很大的热量，金属焊接或切割时金属焊接或切割时用的氧化焰就是利用这个高温用的氧化焰就是利用这个高温。CaC2+H2O C2H2+CaO（3）炔烃）炔烃CCHHC2H2的结构的结构代表化合物：代表化合物：C2H2。通通 式：式：CnH2n-2。属属不饱和烃不饱和烃，可发生，可发生加成反应加成反应。2C2H2+5O2 4CO2+2H2O(火焰温度可达火焰温度可达3000 oC)分子中含有碳碳叁键的烃，为炔烃。CaC2+太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（4）芳烃）芳烃代表化合物：代表化合物：C6H6。苯环中的苯环中的H原子可被其它原子或原子团取代，而变原子可被其它原子或原子团取代，而变成其它芳香族化合物。如：甲苯、邻二甲苯等。成其它芳香族化合物。如：甲苯、邻二甲苯等。三硝基甲苯是炸药的主要成分三硝基甲苯是炸药的主要成分，可简写为，可简写为TNT。两个或两个以上苯环可共边相连，如：萘（两个或两个以上苯环可共边相连，如：萘（C10H8）、）、蒽（蒽（C14H10）等。）等。因具芳香味而得名因具芳香味而得名（4）芳烃代表化合物：C6H6。苯环中的H原太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会或或苯苯甲甲 苯苯间二甲苯间二甲苯三硝基甲苯三硝基甲苯蒽蒽萘萘或苯甲 苯间二甲苯三硝基甲苯蒽萘太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 2.2.3 烃的衍生物烃的衍生物 决定化合物特性的原子或原子团为决定化合物特性的原子或原子团为官能团官能团。直链的。直链的烃基可用烃基可用R-代表，环状的苯基可用代表，环状的苯基可用Ar-代表。代表。（1）醇和酚）醇和酚 同：同：都含有都含有-OH。异：异：与直链烃相连的为醇（与直链烃相连的为醇（ROH）；与苯环）；与苯环直接直接相相连的为酚（连的为酚（ArOH）。）。代表化合物：代表化合物：乙醇乙醇（良好的溶剂，饮用酒的主要成（良好的溶剂，饮用酒的主要成分）分）、苯酚、苯酚（可制塑料、农药、染料等）。（可制塑料、农药、染料等）。2.2.3 烃的衍生物 决定化太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 例例邻甲基苯酚邻甲基苯酚苯甲醇苯甲醇（2）醛和酮）醛和酮 同：同：都含有都含有 。异：异：一端与一端与R相连，另一端与相连，另一端与H相连的是为醛；两端相连的是为醛；两端均与均与R相连的是酮；醚的特点是相连的是酮；醚的特点是O原子两端与烃基相连。原子两端与烃基相连。注：相连的两个烃基可以相同，也可不同。注：相连的两个烃基可以相同，也可不同。例邻甲基苯酚苯甲醇（2）醛和酮 同太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（3）羧酸和酯）羧酸和酯 异：异：羰基碳原子与羰基碳原子与OH相连，为羧酸；与相连，为羧酸；与OR相连为相连为酯。羧酸与醇易发生反应生成酯，叫酯。羧酸与醇易发生反应生成酯，叫酯化反应。酯化反应。例例（3）羧酸和酯 异：羰基碳原子与OH相连，为羧太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（）胺类（）胺类 可看作可看作NH3中的一个、两个或三个碳原子被中的一个、两个或三个碳原子被R-或或Ar-取代所形成的分子。即：取代所形成的分子。即：RNH2、R2NH及及R3N，这些，这些R可可以相同，也可以不同。以相同，也可以不同。代表化合物：代表化合物：苯胺苯胺（制药）。（制药）。（）硝基化物（）硝基化物含含-NO2，可与，可与R-或或Ar-相连。相连。R-NO2在染料方面有在染料方面有广泛用途（广泛用途（-NO2有生色功能有生色功能）。其中，）。其中，CH3NO2可做火可做火箭燃料箭燃料。（）胺类 可看作NH3中的一个、两个或三个碳太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（）磺酸基化物（）磺酸基化物含含-SO3H，可与，可与R-或或Ar-相连。其中，相连。其中，十二烷基苯十二烷基苯磺酸钠是制造洗涤剂的重要原料磺酸钠是制造洗涤剂的重要原料。十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠（）磺酸基化物含-SO3H，可与R-或Ar-相连。其中2.3 煤炭及其综合利用煤炭及其综合利用 英国英国是首先大量用煤做能源的国家。预测煤储量是首先大量用煤做能源的国家。预测煤储量前苏前苏联联最多，最多，美国美国第二，第二，我国我国第三。第三。煤是由远古时代的植物经过复杂的生物化学、煤是由远古时代的植物经过复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用转变而成的固体可燃物。物理化学和地球化学作用转变而成的固体可燃物。它的原始物质是它的原始物质是植物植物。现代成煤理论认为，煤化过程是：现代成煤理论认为，煤化过程是：植物植物 泥泥煤煤 褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤，这个过程叫，这个过程叫煤化作用煤化作用。（1）煤炭的形成）煤炭的形成2.3 煤炭及其综合利用 英国是首先大量用煤太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会植物残骸植物残骸细菌细菌CO2和和H2O（表面）（表面）腐殖质（下层）腐殖质（下层）腐殖酸腐殖酸无氧脱水无氧脱水泥煤泥煤地热地热褐煤褐煤地热地热烟煤烟煤无烟煤无烟煤植物残骸细菌CO2和H2O（表面）腐殖质（下层）腐殖酸无氧太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 a.烟煤、无烟煤是老年煤，形成时间长，烟煤、无烟煤是老年煤，形成时间长，含碳量高，发热量也高；而褐煤、泥煤则比较含碳量高，发热量也高；而褐煤、泥煤则比较年轻，含碳量较低，发热量也低。年轻，含碳量较低，发热量也低。插花插花 b.煤是古代植物残骸埋藏在地下，经过煤是古代植物残骸埋藏在地下，经过漫漫长长的时间，处于的时间，处于空气不足空气不足条件下逐步形成的。条件下逐步形成的。c.煤的能量仍来自太阳能。煤的能量仍来自太阳能。a.烟煤、无烟煤是老年煤，形成时间长，含碳太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会叶绿素叶绿素吸收太阳能吸收太阳能mCO2+nH2O Cm(H2O)n+O2 a.成煤环境不同，煤的化学组成也各有差异。成煤环境不同，煤的化学组成也各有差异。b.煤的现代结构模型显示：煤炭中含有大量煤的现代结构模型显示：煤炭中含有大量环环状芳烃状芳烃，且夹杂着含，且夹杂着含S、N的杂环的杂环，它们相互之间，它们相互之间通过各种桥键相连。通过各种桥键相连。叶绿素吸收太阳能mCO2+nH2O 太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 两的思路：两的思路：如何使煤转化为清洁能源；如何使煤转化为清洁能源；如如何提取分离煤中宝贵的化工原料。何提取分离煤中宝贵的化工原料。（2）煤的综合利用）煤的综合利用a）煤的气化）煤的气化原料：原料：煤、空气、水煤、空气、水设备：设备：汽化炉汽化炉条件：条件：部分氧化部分氧化目的：目的：使煤中有机物转化成可使煤中有机物转化成可 燃气体燃气体H2、CO、CH4用途：用途：气体燃料或原料气气体燃料或原料气 两的思路：如何使煤转化为清洁能源；如太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会煤的气化涉及煤的气化涉及10个基本反应，主要有：个基本反应，主要有：C+O2=CO2；C+1/2O2=CO；C+H2O=CO+H2；C+2H2=CH4。是制水煤气的反应是制水煤气的反应。根据实际需要，我们可以。根据实际需要，我们可以通过控制反应条件，如：改变温度、压力或改进汽化通过控制反应条件，如：改变温度、压力或改进汽化炉结构等，强化需要的反应，抑制不需要的反应。炉结构等，强化需要的反应，抑制不需要的反应。煤的气化涉及10个基本反应，主要有：C+O2=C太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会b）煤的焦化）煤的焦化 也叫也叫煤的干馏煤的干馏。把煤置于密闭的炼焦炉内。把煤置于密闭的炼焦炉内加热，煤分解为固态的焦炭、液态的煤焦油和加热，煤分解为固态的焦炭、液态的煤焦油和气态的焦炉气。随加热的温度不同，分低温、气态的焦炉气。随加热的温度不同，分低温、中温和高温干馏。中温和高温干馏。低温低温干馏的主要产品是干馏的主要产品是焦油焦油，轻油部分加，轻油部分加氢可制成汽油；氢可制成汽油；中温中温干馏的主要产品是干馏的主要产品是城市煤城市煤气气，高温高温法的产品是法的产品是焦炭焦炭。b）煤的焦化 也叫煤的干馏。把煤置于密闭的炼焦太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会煤煤干馏干馏焦炉气焦炉气（含（含CO、H2、CH4、C2H4、C6H6、NH3等）等）煤焦油煤焦油焦炭焦炭冶金、电极、电石冶金、电极、电石芳烃芳烃沥青沥青粗氨水等粗氨水等冷冷 却却煤干馏焦炉气（含CO、H2、CH4、C2H4、C6H6、NH太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会c）煤的液化）煤的液化 煤与石油的异同煤与石油的异同同：同：都含有都含有C、H、O等元素。等元素。异：异：煤的平均分子量约是石油的煤的平均分子量约是石油的10倍，煤的含氢量倍，煤的含氢量 比石油低得多。比石油低得多。将煤加热裂解，使大分子变小，后在催化剂的作用下将煤加热裂解，使大分子变小，后在催化剂的作用下加氢就可制得多种燃料油。加氢就可制得多种燃料油。煤炭液化油也叫人造石油煤炭液化油也叫人造石油。c）煤的液化 煤与石油的异同 将煤加热裂解，使太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 这种先裂解再氢化的方法叫做这种先裂解再氢化的方法叫做直接液化法直接液化法。还有一类称还有一类称间接液化法间接液化法先使煤气化得到先使煤气化得到CO、H2等，然后在一定温度、压力和催化剂作用下等，然后在一定温度、压力和催化剂作用下合成各类烷烃、烯烃、乙醇和乙醛等。合成各类烷烃、烯烃、乙醇和乙醛等。目前还有少数富煤缺油的国家利用间接液目前还有少数富煤缺油的国家利用间接液化法制油。化法制油。这种先裂解再氢化的方法叫做直接液化法。还有一太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会2.4 石油和天然气石油和天然气石油石油工业的血液工业的血液黑色的黄金黑色的黄金石油危机石油危机19731979年年发达国家发达国家 石油七姐妹石油七姐妹中东地区中东地区 欧佩克欧佩克(OPEC)实行石油禁运实行石油禁运石油危机石油危机2.4 石油和天然气石油工业的血液黑色的黄金石油危机197太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 2.4.1 石油和天然气的成因石油和天然气的成因 石油是由远古海洋和湖泊中的动植物遗体石油是由远古海洋和湖泊中的动植物遗体在地下经过漫长的复杂变化而形成的黑色粘稠在地下经过漫长的复杂变化而形成的黑色粘稠液态混合物。未经处理的石油叫液态混合物。未经处理的石油叫原油原油。由于世界上，两个最大的产油带：由于世界上，两个最大的产油带：长科迪勒地带长科迪勒地带和和特提斯地带特提斯地带都曾是海槽，故有都曾是海槽，故有“海相成油海相成油”学说。学说。2.4.1 石油和天然气的成因 太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 我国拥有油气资源丰富的大陆架，据海洋石油普查发我国拥有油气资源丰富的大陆架，据海洋石油普查发现，远景最好的是东海，南海、渤海次之，黄海较差。现，远景最好的是东海，南海、渤海次之，黄海较差。煤与石油的异同煤与石油的异同同：同：都含有都含有C、H、O、N、P、S等元素。等元素。异：异：石油的含氢量较高，含氧量较低，且石油中的碳氢石油的含氢量较高，含氧量较低，且石油中的碳氢 化合物以直链烃为主，煤中则以芳烃为主。化合物以直链烃为主，煤中则以芳烃为主。天然气常与石油伴生，主要成分是甲烷，并有少量乙天然气常与石油伴生，主要成分是甲烷，并有少量乙烷、丙烷。烷、丙烷。我国拥有油气资源丰富的大陆架，据海洋石油普查太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 2.4.2 石油的炼制石油的炼制（1）分馏）分馏原理：原理：利用加热时各物质的沸点不同进行分离。利用加热时各物质的沸点不同进行分离。分馏的产品叫分馏的产品叫馏分馏分。设备：设备：分馏塔。分馏塔。分馏先在常压下进行，获得低沸点的馏分；后在减分馏先在常压下进行，获得低沸点的馏分；后在减压状况下获得高沸点的馏分。每种馏分还可再分馏。压状况下获得高沸点的馏分。每种馏分还可再分馏。2.4.2 石油的炼制（1）分馏原理：利用加 石油炼制中，沸点最低的是石油炼制中，沸点最低的是C1C4的气态烃，统称的气态烃，统称为为石油气石油气。不饱和烃易发生加成和聚合反应。不饱和烃易发生加成和聚合反应。例：乙烯例：乙烯 用途：用途：食品袋、食品匣、奶瓶等食品袋、食品匣、奶瓶等高压聚乙烯高压聚乙烯 低压聚乙烯低压聚乙烯用途：用途：脸盆、水桶等脸盆、水桶等 石油炼制中，沸点最低的是C1C4的气态烃，太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 制涤纶制涤纶制环氧树脂制环氧树脂目前，我国乙烯年产量居世界第目前，我国乙烯年产量居世界第8位。位。制涤纶制环氧树脂目前，我国乙烯年产量居世太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 顺丁橡胶顺丁橡胶做轮胎做轮胎丁苯橡胶丁苯橡胶热稳定性好，耐磨、耐光、抗老化热稳定性好，耐磨、耐光、抗老化丙烯、丁二烯：丙烯、丁二烯：顺丁橡胶做轮胎丁苯橡胶热稳定性好，耐磨、耐光、抗太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 将石油气中的不饱和烃分离后，剩下的饱和烃以丁将石油气中的不饱和烃分离后，剩下的饱和烃以丁烷为主，它的沸点为烷为主，它的沸点为-0.5 oC，稍加压力即可液化储于高，稍加压力即可液化储于高压钢瓶，当打开阀门减压时即可气化点燃使用。居民用压钢瓶，当打开阀门减压时即可气化点燃使用。居民用的的石油液化气主要成分是丁烷石油液化气主要成分是丁烷。此外，还有一定量的戊。此外，还有一定量的戊烷和己烷。烷和己烷。在在30180 oC沸点范围收集到的是沸点范围收集到的是C5C6馏分，这是馏分，这是工业常用溶剂，叫工业常用溶剂，叫溶剂油溶剂油。在。在40180 oC内收集到的是内收集到的是C6C10馏分，这是馏分，这是汽油馏分汽油馏分。将石油气中的不饱和烃分离后，剩下的饱和烃以丁太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 a.汽油的质量用汽油的质量用辛烷值辛烷值表示。表示。插花插花 b.汽油燃烧时有爆震性，其组成中抗震性汽油燃烧时有爆震性，其组成中抗震性最好的是最好的是异辛烷异辛烷，最差的是，最差的是正庚烷正庚烷，我们将，我们将其其辛烷值分别辛烷值分别定标定标为为100和和0。c.以往的汽油为提高辛烷值，常加少许四乙以往的汽油为提高辛烷值，常加少许四乙基铅基铅Pb(C2H5)4。但这类含铅化合物有毒，会污。但这类含铅化合物有毒，会污染环境，故倡议使用无铅汽油。染环境，故倡议使用无铅汽油。a.汽油的质量用辛烷值表示。插花 太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 例：例：若辛烷值为若辛烷值为85，就表示它的抗震性与，就表示它的抗震性与85%异异辛烷和辛烷和15%正庚烷的混合物相当，商品上即称为正庚烷的混合物相当，商品上即称为85号号汽油汽油。目前，常用的方法是通过目前，常用的方法是通过改进汽油组成改进汽油组成来改善其来改善其爆震性。爆震性。蒸馏温度在蒸馏温度在350 oC以下所得的各馏分属以下所得的各馏分属轻油轻油部分，部分，以上属以上属重油重油部分。部分。例：若辛烷值为85，就表示它的抗震性与85%异辛太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（2）裂化）裂化 将将C原子数多的碳氢化合物在催化剂作用下裂解成原子数多的碳氢化合物在催化剂作用下裂解成各种小分子的烃类。各种小分子的烃类。C16H34 C8H18+C8H16催化剂催化剂加热加压加热加压我国原油的重油比例较大，故催化裂化特别重要。我国原油的重油比例较大，故催化裂化特别重要。（2）裂化 将C原子数多的碳氢化合物在催化剂作太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（3）催化重整）催化重整 在一定温度、压力下，汽油中的直链烃在催化在一定温度、压力下，汽油中的直链烃在催化剂表面上进行结构的重新调整，转化为带支链的烷剂表面上进行结构的重新调整，转化为带支链的烷烃异构体。烃异构体。作用：作用：a.提高汽油的辛烷值；提高汽油的辛烷值；b.得到一部分芳香烃。得到一部分芳香烃。（3）催化重整 在一定温度、压力下，汽油中的直太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会（4）加氢精制）加氢精制 石油分馏、裂解所得的产品中都混有少量含石油分馏、裂解所得的产品中都混有少量含N、S的杂环有机物，本法即利用催化剂在一定温度、的杂环有机物，本法即利用催化剂在一定温度、压力下使压力下使H2和这些杂环有机物起反应，生成和这些杂环有机物起反应，生成NH3或或H2S而分离。而分离。常压分馏和减压分馏叫常压分馏和减压分馏叫一次加工一次加工，为物理变化过程；，为物理变化过程；裂化、重整、加氢控制等叫裂化、重整、加氢控制等叫二次加工二次加工，属化学变化。，属化学变化。（4）加氢精制 石油分馏、裂解所得的产品中都混太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会2.5 催化作用催化作用 催化剂能显著催化剂能显著改变改变反应速率，但不影响反应的平反应速率，但不影响反应的平衡位置，且在反应过程中，其本身的组成和质量都不衡位置，且在反应过程中，其本身的组成和质量都不变。凡能加快反应速率的催化剂称变。凡能加快反应速率的催化剂称正催化剂正催化剂；减慢反；减慢反应速率的为应速率的为负催化剂负催化剂或或抑制剂抑制剂。我们常提的催化剂是。我们常提的催化剂是指正催化剂。指正催化剂。a.降低反应活化能；降低反应活化能；b.b.有选择性。有选择性。特点特点2.5 催化作用 催化剂能显著改变反应速率，太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会EA+BCAB+CA B CEa反应进程（无催化剂）反应进程（无催化剂）EA+BCAB+CA B CEa反应进程（有催化剂）反应进程（有催化剂）旧键将断未断，新键将成未成的中间状态称过渡态旧键将断未断，新键将成未成的中间状态称过渡态或活化态。活化态与起始态的能量差或活化态。活化态与起始态的能量差Ea即即活化能活化能。a.EA+BCAB+CA B CEa反应进程（无催化太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会b.选择性选择性作用：作用：使反应定向进行。使反应定向进行。b.选择性作用：使反应定向进行。太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会2.6 核能核能 热效应来源于原子核变化的反应，为核反热效应来源于原子核变化的反应，为核反应。核反应分为应。核反应分为核衰变核衰变、核裂变核裂变和和核聚变核聚变三大三大类。类。核反应过程中由于原子核的变化，而伴随核反应过程中由于原子核的变化，而伴随着巨大的能量变化。核能也叫原子能。着巨大的能量变化。核能也叫原子能。2.6 核能 热效应来源于原子核变化的反应，2.6.1 核衰变核衰变 铀、钋、镭的发现铀、钋、镭的发现放射化学研究新领域放射化学研究新领域天然放射性元素在电磁场作用下可分为三部分：天然放射性元素在电磁场作用下可分为三部分：放射性放射性式式 样样粒子 粒子 粒子 2.6.1 核衰变 铀、钋、镭的发现放射化学研太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 原子核不稳定，自发放出辐射，而变成另一种原子原子核不稳定，自发放出辐射，而变成另一种原子核的过程叫核的过程叫核衰变核衰变。粒子流带正电，与氦原子核相同，可用粒子流带正电，与氦原子核相同，可用 代表代表 粒子粒子。如：。如：粒子流带负电，与电子相同，可用粒子流带负电，与电子相同，可用 代表代表 粒子粒子。如：如：原子核不稳定，自发放出辐射，而变成另一种原子太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 粒子流是一束短波粒子流，呈中性，并不改变原粒子流是一束短波粒子流，呈中性，并不改变原子核的质量数和电荷数。所有衰变都伴随子核的质量数和电荷数。所有衰变都伴随辐射。辐射。插花插花a.符号符号 代表正电子流代表正电子流；表示中子表示中子。b.b.继天然放射性后，又发现了人工放射性。继天然放射性后，又发现了人工放射性。人人工放射性的重要用途是制造新元素工放射性的重要用途是制造新元素。93号后的号后的元素都在人工加速器里合成，它们的寿命很短，元素都在人工加速器里合成，它们的寿命很短，产量也极其微少。产量也极其微少。粒子流是一束短波粒子流，呈中性，并不改变原太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 2.6.2 核裂变、原子弹、核电站核裂变、原子弹、核电站 1938年，年，Hahn O.和和Strassman F.发现了核裂变反应。发现了核裂变反应。原子核受高能中子轰击时，分裂为质量相差不多的两种原子核受高能中子轰击时，分裂为质量相差不多的两种核素，同时又产生几个中子，并释放大量能量的过程，核素，同时又产生几个中子，并释放大量能量的过程，就是就是核裂变核裂变。2.6.2 核裂变、原子弹、核电站 太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会中子诱发中子诱发 裂变形成链式反应裂变形成链式反应裂变碎片裂变碎片裂变核裂变核中子中子中子诱发 裂变形成链式反应裂变碎片裂变核中子太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会核能核能人工控人工控制制加热水蒸气加热水蒸气推动发电机推动发电机不断积聚不断积聚瞬间爆炸瞬间爆炸制造原子弹制造原子弹建设核电站建设核电站核能人工控制加热水蒸气推动发电机不断积聚瞬间爆炸制造原子弹建太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会1954年，年，前苏联前苏联建成世界上第一座核电站。建成世界上第一座核电站。核核 电电 优：优：清洁，无废气、煤灰，经济，可解决清洁，无废气、煤灰，经济，可解决电力不足的问题。电力不足的问题。问题：问题：a.保证安全运行；保证安全运行；b.核废料的处理。核废料的处理。1954年，前苏联建成世界上第一座核电站。核 电 太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会a确保核电站安全运行确保核电站安全运行 利用核能发电最重要的一步是利用核能发电最重要的一步是有效控制核反应有效控制核反应，否则后果很严重。如：发生爆炸，造成伤亡；更甚的否则后果很严重。如：发生爆炸，造成伤亡；更甚的是大量放射性物质外泄，很易破坏生态平衡，污染环是大量放射性物质外泄，很易破坏生态平衡，污染环境。放射性伤害轻者白血球减少，恶心、呕吐、脱发；境。放射性伤害轻者白血球减少，恶心、呕吐、脱发；重者出血、遗传失常，甚至癌变。重者出血、遗传失常，甚至癌变。我国第一座自行设计的核电站是我国第一座自行设计的核电站是秦山核电站秦山核电站。a确保核电站安全运行 利用核能发电最重要的一步太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会b核废料处理方法：核废料处理方法：对还有使用价值的物质尽量提取分离并对还有使用价值的物质尽量提取分离并回收，其它废料放入防震、防腐、防泄露的回收，其它废料放入防震、防腐、防泄露的特制容器中，深埋于荒无人烟的岩石层。特制容器中，深埋于荒无人烟的岩石层。b核废料处理方法：对还有使用价值的物质尽量提太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 2.6.3 核聚变和氢弹核聚变和氢弹 由两个或多个轻原子核聚合成一个较重原子核的过由两个或多个轻原子核聚合成一个较重原子核的过程，即程，即核聚变核聚变。核聚变相较核裂变的优缺点核聚变相较核裂变的优缺点 优：优：聚变产物无放射性污染及难处理的废料，聚变产物无放射性污染及难处理的废料，聚变原料氘资源丰富，易于提炼。聚变原料氘资源丰富，易于提炼。缺：缺：聚变反应需非常高的温度。聚变反应需非常高的温度。2.6.3 核聚变和氢弹 由两太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 a.氢弹氢弹的原理即利用一个小的原子弹做为引的原理即利用一个小的原子弹做为引爆装置，产生瞬间高温，以引发上述反应发生强爆装置，产生瞬间高温，以引发上述反应发生强烈爆炸。烈爆炸。b.太阳辐射的巨大能量来源于上述核聚变太阳辐射的巨大能量来源于上述核聚变。c.反应温度较低的另一核聚变反应：反应温度较低的另一核聚变反应：无刀手术无刀手术“伽马刀伽马刀”的原理即将的原理即将射线聚焦于癌射线聚焦于癌变部位，以抑制恶性细胞的生长。变部位，以抑制恶性细胞的生长。a.氢弹的原理即利用一个小的原子弹做为引爆太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会2.7 化学电源化学电源“燃煤发电燃煤发电”：化学能化学能 机械能机械能 电能电能 直接把化学能转化为电能的装置，即直接把化学能转化为电能的装置，即化学电源化学电源或或化学电池化学电池。氧化还原反应氧化还原反应氧化反应氧化反应还原反应还原反应同时发生同时发生2.7 化学电源“燃煤发电”：化学能 机太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 工作原理：工作原理：利用氧化还原反应过程中，电子定向移利用氧化还原反应过程中，电子定向移动形成电流。动形成电流。Zn-Cu电池电池e-+-ZnSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液ZnCu盐桥盐桥 工作原理：利用氧化还原反应过程中，电子定向移太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会正极：正极：Cu2+2e-Cu负极：负极：Zn Zn2+2e-电池反应：电池反应：Zn+Cu2+Zn2+Cu条件：条件：各离子浓度都为各离子浓度都为1.0 mol.L-1Fe+Cu2+Fe2+CuZn+2Ag+Zn2+2AgE/V1.12e-2e-Fe-Cu电池电池Zn-Ag电池电池0.751.6正极：Cu2+2e-Cu条件：各太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会 电池的电动势决定于电极得失电子的能力和溶液的电池的电动势决定于电极得失电子的能力和溶液的浓度。电极得失电子的能力用浓度。电极得失电子的能力用“电极电势电极电势”表示，它是表示，它是一类相对数据。一类相对数据。标准电极电势是指电极反应中各离子浓标准电极电势是指电极反应中各离子浓度均为度均为1 mol.L-1，气态物质的分压为，气态物质的分压为100 kPa，温度为，温度为298 K的状态的状态。以氢电极作为参照标准，规定其标准电极电势为以氢电极作为参照标准，规定其标准电极电势为0。2H+(1 mol.L-1)+2e-H2(100 kPa)电池的电动势决定于电极得失电子的能力和溶液的(1)锌锌-锰干电池锰干电池用途：用途：收音机收音机、手电筒手电筒内的电池。电压为内的电池。电压为1.5 V。(+)(-)e-沥青密封沥青密封石墨电极石墨电极MnO2-炭黑炭黑NH4Cl团块层团块层锌负极锌负极NH4Cl，ZnCl2淀粉，浆糊淀粉，浆糊(1)锌-锰干电池用途：收音机、手电筒内的电池。电压为1太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会锰正极：锰正极：MnO2+H2O+e-MnO(OH)+OH-锌负极：锌负极：Zn+4NH4Cl (NH4)2ZnCl4+2NH4+2e-在使用过程中，电子由锌极流向锰极，锌皮逐在使用过程中，电子由锌极流向锰极，锌皮逐渐消耗，渐消耗，MnO2也不断被还原，电压慢慢降低，最后也不断被还原，电压慢慢降低，最后电池失效。这种电池是电池失效。这种电池是一次性消费品一次性消费品。Zn本来是消本来是消耗性外壳，在使用过程中，会局部变薄以致穿孔。耗性外壳，在使用过程中，会局部变薄以致穿孔。锰正极：MnO2+H2O+e-太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(2)铅蓄电池铅蓄电池用途：用途：汽车的启动电源汽车的启动电源。蓄电池放电到一定程度，可以利用外部电源进行蓄电池放电到一定程度，可以利用外部电源进行充电后再用，这样充电放电可反复几百次。充电后再用，这样充电放电可反复几百次。这类电池在酸性条件下工作，故也叫这类电池在酸性条件下工作，故也叫酸性蓄电池酸性蓄电池。正极：正极：PbO2+SO42-+4H+2e-PbSO4+2H2O负极：负极：Pb+SO42-PbSO4+2e-放电反应：放电反应：PbO2+Pb+H2SO4 2PbSO4+2H2O(2)铅蓄电池用途：汽车的启动电源。蓄电太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会PbO2+Pb+H2SO4 2PbSO4+2H2O充电充电放电放电优优缺缺 电动势高，电压稳定，使用温度范围宽，原料电动势高，电压稳定，使用温度范围宽，原料丰富，价格便宜。丰富，价格便宜。笨重，防震性差，易溢出酸雾，维护不便，携笨重，防震性差，易溢出酸雾，维护不便，携带不便。带不便。PbO2+Pb+H2SO4 2Pb太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(3)碱性蓄电池碱性蓄电池 电池反应在碱性条件下进行，故称碱性蓄电池。日电池反应在碱性条件下进行，故称碱性蓄电池。日常生活中常用的充电电池。常生活中常用的充电电池。Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2充电充电放电放电充电充电放电放电Fe+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Fe(OH)2 体积小，电压与干电池差不多，便于携带，寿命长，体积小，电压与干电池差不多，便于携带，寿命长，但价格比较昂贵。但价格比较昂贵。(3)碱性蓄电池 电池反应在碱性条件下进行太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(4)银银-锌电池锌电池用途：用途：电子手表电子手表、计算器计算器的电池，也称的电池，也称“钮扣钮扣”电池。电池。Ag2O2+2Zn+2H2O 2Zn(OH)2+2Ag(5)燃料电池燃料电池 氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时，能将化学氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时，能将化学能直接转化为电能，这种装置叫燃料电池。能直接转化为电能，这种装置叫燃料电池。用途：用途：航天飞机航天飞机、发电站发电站。(4)银-锌电池用途：电子手表、计算器的电池，也称“钮扣太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会2.8 节能和新能源的开发节能和新能源的开发花絮花絮 a.节能并节能并不是不是指少用能源，指少用能源，而是而是指要充分有效指要充分有效地利用能源，尽量降低各种产品的能耗。地利用能源，尽量降低各种产品的能耗。b.开源节流开源节流必须同时并举。必须同时并举。c.当代新能源是指太阳能、生物能、风能、地当代新能源是指太阳能、生物能、风能、地热能和海洋能等。热能和海洋能等。2.8 节能和新能源的开发花絮 a.节能并太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(1)太阳能太阳能 地球上最根本的能源。太阳能的利用方式主要是地球上最根本的能源。太阳能的利用方式主要是光热转化光热转化和和光电转化光电转化。a.热利用热利用利用方式：利用方式：集热器集热器结构：结构：板芯由涂了板芯由涂了吸热材料吸热材料的的铜片铜片制成制成 随涂层材料和热水器结构不同，可获得不同温度的热随涂层材料和热水器结构不同，可获得不同温度的热水或蒸汽。水或蒸汽。(1)太阳能 地球上最根本的能源。太阳太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会100 oC以下以下 生活热水、取暖生活热水、取暖100 300 oC 烹饪、工业用热烹饪、工业用热300 oC以上以上 发电发电b.电利用电利用利用方式：利用方式：光电池光电池 原理：原理：吸收光子，使电子按一定方向定向流动形成吸收光子，使电子按一定方向定向流动形成电流。电流。用途：用途：用途：用途：太阳能计算器、太阳能手表太阳能计算器、太阳能手表100 oC以下 生活热水、取暖100 太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(2)生物能生物能 蕴藏在动植物、微生物体内，由太阳能转化而来，可蕴藏在动植物、微生物体内，由太阳能转化而来，可分为固、液、气态。分为固、液、气态。固态：固态：稻草、秸杆等。稻草、秸杆等。将生物能作为新能源，是要将固态物质转化为可燃性将生物能作为新能源，是要将固态物质转化为可燃性的液态或气态化合物，然后燃烧放热。的液态或气态化合物，然后燃烧放热。液态：液态：甲醇、乙醇等。甲醇、乙醇等。固态：固态：CO、H2、CH4等。等。(2)生物能 蕴藏在动植物、微生物体内，由固态废料固态废料发酵、高温热分解发酵、高温热分解高温干馏高温干馏甲醇、乙醇甲醇、乙醇CO、H2、CH4汽车燃料汽车燃料发电发电生物质生物质厌氧厌氧沼气沼气沼渣、沼液沼渣、沼液气体燃料气体燃料优质肥料优质肥料a.b.处理各种有机垃圾，清洁环境处理各种有机垃圾，清洁环境c.有些植物品种（香胶树、黄鼠草、巨型海藻）可产出与石油成有些植物品种（香胶树、黄鼠草、巨型海藻）可产出与石油成 分相似的胶质。分相似的胶质。固态废料发酵、高温热分解高温干馏甲醇、乙醇CO、H2、CH4太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(3)风能风能可再生的干净能源。可再生的干净能源。用途：用途：发电、扬帆助航发电、扬帆助航(4)地热能地热能 地热能与地球共存亡，地壳深处的温度比地面上高地热能与地球共存亡，地壳深处的温度比地面上高得多。得多。用途：用途：发电（西藏）、温泉发电（西藏）、温泉(3)风能可再生的干净能源。用途：发电、扬帆助航(4太原师范学院化学系太原师范学院化学系Taiyuan Normal University化学与社会化学与社会(5)海洋能海洋能习题：习题：课后课后2.4.7.8.10.12.在地球与太阳、月亮等相互作用下形成。在地球与太阳、月亮等相互作用下形成。潮汐能、波潮汐能、波浪能、海流能、温差能等能量总称海洋能浪能、海流能、温差能等能量总称海洋能。利用潮汐能可以发电，同时可围垦农田、养殖水产。利用潮汐能可以发电，同时可围垦农田、养殖水产。(5)海洋能习题：在地球与太阳、月亮等相