第四章 化学与能源
化学与能源化学
化学与能源化学能源是现代社会发展和生活的基石，而化学作为一门自然科学，通过研究物质的组成、性质和转化过程，为能源领域的发展做出了重要贡献。
本文将从能源的定义、化学在能源领域的应用和未来能源发展方向等方面进行探讨。
一、能源的定义及分类能源是指能够产生功的物质或现象，它可以满足人类社会的生产、生活和发展需求。
根据能源形式和来源的不同，一般可以将能源分为非可再生能源和可再生能源两大类。
1.非可再生能源：包括化石能源（如石油、天然气和煤炭等）、核能和水能等。
这些能源的特点是储量有限，且使用会产生较多的排放物，对环境造成污染和影响。
2.可再生能源：包括太阳能、风能、水能、地热能和生物质能等。
这些能源的特点是来源广泛、储量丰富，且使用过程中几乎没有排放物，对环境友好。
二、化学在能源领域的应用1.化学能源转化与储存：化学反应在能源领域中起着至关重要的作用。
例如，将非可再生能源转化为可再生能源的工艺包括煤气化、石油加氢和化学电池等。
这些过程可以提高能源利用效率、减少排放物的产生，并提供更清洁的能源。
2.化学能源的储存与利用：化学储能技术有助于解决可再生能源的间歇性和不稳定性问题。
例如，通过将太阳能转化为化学能，可以将其储存为化学燃料，随后利用化学反应将其转化为热能、电能或动力。
这样可以实现能源的高效利用和稳定供应。
3.材料与能源转换：化学材料在能源转换方面也发挥着关键作用。
例如，储能材料、光伏材料、催化剂等，能够实现能源的转化和利用。
研究开发新型的高效、稳定的材料，对提高能源利用效率和降低能源转换过程中的能量损失具有重要意义。
三、未来能源的发展方向1.可再生能源的开发利用：随着全球能源需求的增长和环境问题的日益突出，可再生能源的发展前景广阔。
太阳能、风能和水能等可再生能源将成为未来能源的重要组成部分，化学可以在新能源技术的研究、开发和应用方面发挥关键作用。
2.能源转化与储存技术的创新：为了更有效地利用和储存能源，需要研发更高效、更稳定的能源转化和储存技术。
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。
化学与能源的关系
化学与能源的关系作为一门研究物质构成、结构、性质以及它们之间相互转化的科学，化学在能源领域扮演着至关重要的角色。
化学的应用不仅推动了能源技术的发展，也为我们提供了更高效、更清洁、更可持续的能源解决方案。
本文将探讨化学与能源之间的密切关系，以及它们如何相互影响。
一、化学在能源产生与转化中的应用1.1 燃烧反应的化学原理在许多能源产生过程中，燃烧反应是常见的能量转化方式。
化学的研究揭示了燃烧反应的化学原理，从而使我们能够更好地利用化学能转化为其他形式的能量。
例如，燃烧燃料释放出的化学能可以被转化成热能、电能等形式，从而满足我们生活和工业的能源需求。
1.2 电化学反应与能源存储电化学反应是一种将化学能转化为电能的过程，广泛应用于以化学电池为核心的能源存储技术中。
化学电池通过将化学反应中的电子流动转化为电能，实现了能源的高效转化和储存。
例如，锂离子电池、燃料电池等都是基于化学原理构建的能源存储装置，它们的发展与化学技术的进步密切相关。
1.3 光催化反应与太阳能利用光催化反应是一种利用光能促使化学反应发生的技术，它在太阳能利用中发挥着重要作用。
光催化反应利用光能激发物质分子的电子，促使化学反应的进行，从而将太阳能转化为其他形式的能量。
光催化技术的应用使得太阳能光伏产业得以快速发展，为可再生能源做出了巨大贡献。
二、能源对化学发展的影响2.1 能源供给的重要性化学研究离不开大量的能源供给，能源的可靠性和稳定性对化学研究具有重要影响。
稳定的能源供给为化学实验和工业生产提供了保障，有助于促进化学科学的发展。
同时，能源紧缺对化学研究的推进也带来一定的挑战，促使我们不断寻求高效利用和可再生能源的解决方案。
2.2 能源影响化学产业结构能源是驱动经济社会发展的重要支撑，它对化学产业结构有着深远的影响。
能源的供需关系以及能源价格的变化，直接影响着不同化学产品的生产成本和市场需求。
因此，能源的变化对于化学产业的发展战略、产品结构和技术选择等方面都有着重要的影响。
化学与能源
化学与能源我们的世界是生机盎然、欣欣向荣的。
如果失去了能源，世界将一片漆黑，万物将走向死亡。
因此，能源是这个世界不可缺少的资源。
地热能风能太阳能电能核电能化石燃料目前，化石燃料是人类生产、生活的主要能源。
随着全球能量使用量的增长，化石燃料等不可再生能源将日趋枯竭，这将迫切需要人们开发新能源，如开发利用氢能、核能、太阳能、生物质能等。
此外，化学还要在提高化学能转化成热能、电能的效率，降低能耗，研制节能产品等方面作出更多的努力。
中国节能标志化学能转化为电能我们在生产和日常生活中使用的电能，大多数是通过燃烧化石燃料，由化学能转变而来的。
燃烧化石燃料存在着产生大气污染物和能量转化效率低的问题。
使用化学电源将化学能直接转化成电能，既减少大气污染，又能提高能量转化效率。
常见的电池大多是化学电源。
电池是一种将化学能直接转化成电能的装置。
在电池放电时，电池中的物质发生化学反应，将化学能转化成电能。
观察与思考1、下图所示是生产、生活中常用的几种不同类型的电池。
它们有什么相同之处？几种不同类型的电池燃料电池2、观察老是完成的下列实验：用砂纸擦除铜片和锌片表面的氧化膜，用导线将铜片和锌片分别连接到电流计的正、负极，然后把锌片和铜片一起插入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。
在上述实验中，电流计指针发生偏转的原因是什么?实验中发生了什么形式的能量转化？化学能转化为电能的实验所有的化学电源，都是通过化学反应，消耗某种化学物质，输出电能的。
电池在生产、生活中应用十分广泛，不但照明灯、钟表、计算器等电子产品及机动车需要用电池，而且在航天器上也需要用到要求更高的电池。
氢能人们认为氢能是一种极其理想的新能源，是新能源舞台上的一颗灿烂明珠。
活动与探究1、实验室中常通过锌与稀硫酸反应制取少量氢气。
请与同学合作完成下列实验。
实验（1）如图装配好仪器，在试管中的塑料隔板上加几颗锌粒后，塞上带有漏斗和导气管的橡皮塞。
（2）检查装置的气密性（3）在漏斗中加入适量的稀硫酸，打开漏斗的活塞，使试管中的硫酸与锌粒接触发生反应。
化学与能源--能源概述
化学与能源–能源概述引言能源是人类社会发展和生产生活不可或缺的资源之一。
能源的使用和开发在化学领域扮演着重要的角色，通过化学的方法可以开发和利用各种能源，提高能源的利用效率，减少能源的消耗。
本文将从化学的角度总结能源的概述，包括能源的定义、分类、重要性以及化学在能源领域的应用。
能源的定义能源是指能够进行工作和产生热的物质或现象。
它可以转化为不同形式的能量，如热能、光能、电能等，并且可以被人类用来推动社会的发展和进步。
能源是人类社会发展和生产生活的基础，没有能源的支持，人类社会将无法正常运转。
能源的分类根据来源和性质的不同，能源可以分为传统能源和新能源两类：1.传统能源：传统能源主要指石油、煤炭和天然气等化石燃料。
这些能源主要来源于地下的化石燃料储藏，并且在人类社会的发展中发挥着重要的作用。
传统能源的利用也带来了环境污染和全球变暖等问题，因此，研究和开发新能源已成为当前各国普遍关注的方向。
2.新能源：新能源是指利用自然界中可再生资源获得的能源。
主要包括太阳能、风能、水能、地热能等。
新能源具有清洁、可再生和无污染等优点，有望成为未来能源发展的方向。
化学在新能源领域的研究和应用也非常广泛，可以通过化学反应将可再生能源转化为电能或其他可利用的能源形式。
能源的重要性能源在人类社会中的重要性不可忽视。
它是推动社会经济发展的关键因素之一，对于工农业生产、城市建设、交通运输以及人们的日常生活都有着不可或缺的作用。
首先，能源是工业生产的基础。
各个行业的生产都离不开能源的支持，例如，电力是工业生产中最重要的能源之一，其他行业如石化、冶金、建材等也需要大量的能源支持。
其次，能源对于人们的日常生活也有着至关重要的作用。
人们的用电需求越来越大，电力供应对于家庭和社会的稳定运行至关重要。
另外，能源在交通运输领域也扮演着重要的角色。
无论是汽车、飞机、火车，还是船舶等交通工具，都需要能源支持其运行。
因此，能源的供应和利用一直受到各国政府和学术界的高度关注，化学作为能源领域的重要学科之一，发挥着重要的作用。
《工程化学基础》第4章PPT课件
热化学与能量转化
例4. 1 某过程中，系统从环境吸收 40 kJ 的热，对环境做功 20 kJ，求该过程中系统的热力学能变。
解： 由热力学第一定律解得：
U(系统) = Q + W = 40 kJ + (20 kJ )= 20 kJ 即完成这一过程后，系统净增了 20 kJ 的热力学能
6
第4章 化学反应与能源
C2H5OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
–277. 6 0
–393. 5 –241. 8
r
H
θ m
B
f
H
θ m,
B
(298.15
K
)
B
= 2×(393. 5 kJmol1) + 3×(241. 8 kJmol1) 3 0 kJmol1 (277. 6 kJmol1)
S = k lnΩ k 为玻尔兹曼常数，为 1. 38×10–23 J·K–1
Ω为介观微粒的状态数，又称混乱度，Ω ≥1
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第4章 化学反应与能源
化学反应的方向和限度
微粒状态的混乱度
熵 S 是介观微粒原子及其分子等结合态的混乱度在宏观上的 一种量度，熵值的变化 ΔS 是介观微粒混乱度变化在宏观上 的表现
学习要求
热力学能 U 是系统的状态函数，只要温度 T、压 力 p、体积 V 和物质的量 n 等状态因素被确定时，U 值 就被确定。
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第4章 化学反应与能源
热力学第一定律 热力学第一定律又称能量守恒定律
热化学与能量转化 焦耳等发现的
U – (Q + w) = 0 或 U = Q + w (4. 1)
解：
化学与能源
针对训练3（2016·威海）燃烧是一类重要的化学 变化，下列关于燃烧的叙述正确的是（ D ） A.燃烧一定有火焰 B.物质在有限的空间内燃烧，一定会发生爆炸 C.物质跟氧气的反应就是燃烧 D.使可燃物温度降低到着火点以下，可以灭火
【火眼金睛】
易错点1 有关着火点、燃烧、爆炸的认识 例 下列说法中正确的是（ D ） A.用水可以灭火，是因为水可以降低物质的着火点 B.爆炸都属于化学变化 C.高层住房着火时，立即打开所有门窗 D.燃烧时一定发光、放热 【点拨】着火点是物质固有的性质，一般不能改变 ；气球的爆炸、轮胎的爆炸都是物理变化。高层住 房着火时，立即打开所有门窗会使室内氧气充足， 燃烧的更旺。
常见的易燃物：硫黄、白磷、红磷、酒精、汽油、煤气 常见的易爆物：H2、CO、CH4、KClO3、NH4NO3 煤：含有碳、氢、氮、硫、氧等元素(煤 三大 气主要成分为H2、CO、CH4等) 化石 石油：主要含有碳和氢两种元素 燃烧与 燃料 石油炼制的燃料主要有：汽油、煤油和柴油 利用 无色无味比空 气轻难溶于水 天然气(主要成分为 CH4 ) 的气体 可燃性： 对环境的影响 清洁能源 新能源
7.几种常见的灭火方法 (1)森林着火，迅速在距离火场不远处伐木，已形成 隔离带。 (2)油锅中油着火，盖上锅盖；用登帽盖灭酒精灯； 酒精在试验台上着火，用湿布盖灭，都是利用了隔 绝空气的原理。 (3)建筑物着火，用高压水枪灭火。 (4)常见的灭火器的适用范围：①液态CO2灭火器 扑灭图书、珍贵设备的失火；②干粉灭火器 扑灭 油、气等失火；③泡沫灭火器 扑灭木材、布料 的失火；④含有水的灭火剂，不能用来扑灭电器的 火灾。
[学以致用] 氢氧化铝作为阻燃剂受热分解时吸收热量，同时生 成耐高温的氧化铝和大量水蒸气，起到防火作用。 下列叙述错误的是 ( A ) A.反应吸热，降低了可燃物的着火点 B.生成氧化铝覆盖在可燃物表面，隔绝空气 C.生成大量水蒸气，降低可燃物周围氧气的浓度 D.反应能够降低温度，可燃物不易达到着火点
大学化学第04章-能源化学基础ppt课件
19.04.2021
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☻单位质量(体积)：1g 物质、1 mol 物质或1 m3 气态物质。 ☻完全燃烧：CCO2 (g); S SO2(g)；N N2(g)；
H H2O(l)；Cl HCl(aq)
☻已知反应 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)，H=-483.6kJ
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4.1.2 能量的形态与转换
4.1.2.1 能量的形态有7种
①机械能；②热能；③化学能；④电能；⑤光能； ⑥核能；和⑦生物能。
4.1.2.2 能量的单位
☻卡路里 (Calorie，Cal)；千卡或大卡（kCal） ☻焦耳 (Jole, J)；千焦 (kJ); 1Cal=4.184 J
油田、江苏油田等的状况；目前60%依靠进口；
☻煤矿：储量占世界第三，产量占世界第一； ☻天然气：正在开发利用中。
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4.1.3.2 我国可再生能源的利用状况 ☻太阳能（发电，热水）：低，但正逐步提高！ ☻风能（发电）、地热能、潮汐能，等：低！ ☻麦秸杆（发电，饲料，发酵）：低！ 4.1.3.3 美国、日本等国的储能计划
15~40 30~40 40~60 70~85 10~20 40~60
~90 14~26
因此，开发、研制高效率的能量转换技术和设备也是十分有意义的
工作。
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4.1.3 我国的能源状况与危机
4.1.3.1 我国当前的非再生能源状况 ☻油田：玉门油田；大庆油田、辽河油田、中原油田；胜利
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4.2.3.3 石油的加工
化学与能源利用课件
化学与能源利用课件在当今世界，能源是我们生活中不可或缺的资源。
然而，我们的能源供应正在面临巨大挑战，如日益增长的能源需求、能源短缺以及对环境的危害。
因此，如何有效地利用能源成为了我们的重要课题之一。
化学作为一门学科，可以为我们提供解决能源问题的技术和方法。
本课件将重点介绍化学与能源利用的关系，以及化学在能源领域的应用。
一. 能源与化学的联系能源是指用来产生热能、动能、电能等的物质和力，化学作为能源转化和利用的一种重要手段。
它是探索新能源和提高能源利用效率的关键。
化学反应可以将一种形式的能量转化为另一种形式的能量，从而为能源的利用创造了条件。
二. 化学在能源转化过程中的应用1. 化学储能技术化学储能技术是指将能量转化为化学结合能，并在需要时将其释放出来的过程。
常见的化学储能技术包括电池、燃料电池和储氢材料等。
电池利用化学反应将化学能转化为电能，广泛应用于电子设备和交通工具等领域。
燃料电池则将化学能转化为电能和热能，具有高能量转化效率和零排放的特点。
储氢材料则能将氢气储存起来，成为一种高效的可再生能源。
2. 化学反应的能源利用化学反应对能源的利用至关重要。
例如，利用煤炭和石油中的化学能来发电，是当前主要的能源供应方式之一。
此外，利用化学反应将太阳能、风能和水能等可再生能源转化为电能，也是可持续能源利用的关键技术。
三. 化学与能源利用的挑战和展望1. 能源转化效率的提高在能源转化过程中，化学反应的效率直接影响能源的利用效率。
我们需要开发更高效的催化剂和反应条件，提高化学反应的速率和选择性，从而提高能源转化的效率。
2. 可持续能源的开发随着传统能源的枯竭，我们需要开发新的可持续能源，如太阳能、风能和生物质能等。
化学作为能源转化的手段，可以帮助我们将这些可持续能源转化为实际可用的能源形式。
3. 环境友好型能源技术的研发传统能源利用往往伴随着大量的污染物排放，对环境造成严重破坏。
因此，我们需要开发环境友好型的能源技术。
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。
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03
电能转换效率取决于电 极材料、电解质性质、 反应条件等因素。
04
以上内容仅供参考，如 需更多信息，建议查阅 相关书籍或咨询专业人 士。
03
新能源技术及其化学原理
太阳能利用及光化学原理
太阳能的利用方式
太阳能电池工作原理
光热转换、光电转换、光化学转换等 。
光伏效应的产生及电子流动形成电流 的过程。
应对全球气候变化
节能减排是应对全球气候变化的重要手段，通过减少温室气体排放 ，可以减缓气候变化带来的负面影响。
促进可持续发展
节能减排有利于推动经济、社会和环境的协调发展，实现可持续发 展目标。
提高能源利用效率
通过采用先进的节能技术和设备，可以提高能源利用效率，减少能源 浪费。
环境保护政策背景及意义
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目录
• 化学与能源概述 • 化学反应与能源转换 • 新能源技术及其化学原理 • 传统能源清洁高效利用技术 • 节能减排与环境保护政策分析 • 未来发展趋势预测与挑战分析
01
化学与能源概述
化学与能源关系
化学反应是能源转换的基础
01
通过化学反应，可以将一种形式的能源转换为另一种形式的能
热能和光能。
热能转换是指将燃烧产生的热能 转换为其他形式的能量，如机械
能、电能等。
热能转换效率取决于燃烧过程的 完全程度、传热效率等因素。
电化学反应与电能转换
01
电化学反应是指涉及电 子转移的反应，通常发 生在电池、电解池等装 置中。
02
电能转换是指将电化学 反应产生的电能转换为 其他形式的能量，如光 能、热能等。
可再生能源和不可再生能源
化学与能源的关系
化学与能源的关系
化学与能源存在密切的关系。
能源可以通过化学反应得到或者用于促使化学反应发生。
以下是化学与能源的几个方面关系的例子：
1. 化石燃料：石油、天然气和煤炭是重要的化学燃料，它们在燃烧时产生能量。
这些能源在工业、交通和家庭等领域中广泛应用。
2. 可再生能源：可再生能源包括太阳能、风能、水能等，它们可以通过化学反应来转化为电能或热能。
例如，太阳能电池利用光能将光子转化为电子，从而产生电能。
3. 电池和燃料电池：电池是一种将化学能转化为电能的装置，常见的电池有干电池和蓄电池。
燃料电池则利用氢气或其他可燃气体与氧气的化学反应产生电能。
4. 化学反应与能量转化：化学反应中的能量转化常常与能源有关。
例如，爆炸是一种释放大量能量的化学反应，火箭燃料的燃烧产生的大量气体推动火箭飞行。
5. 微观角度：在微观层面上，化学反应涉及原子和分子之间的相互作用和能量转化。
化学键的形成和断裂以及反应物和生成物之间的能量变化，都可以影响化学反应的热力学性质和速率。
综上所述，化学与能源之间存在广泛而密切的关系，化学反应
可以产生能量或使能源转化为其他形式的能量，同时探索和创新化学反应也为能源领域的发展提供了重要的支撑。
高中化学之化学与能源、化学资源的开发利用知识点
高中化学之化学与能源、化学资源的开发利用知识点
1.从使用程度分
（1）常规能源：指已经大规模生产和广泛利用的能源，如煤、石油、天然气（矿物燃料）、水力。
（2）新型能源：利用先进技术所获得的能源，如太阳能、风能、潮汐能、地热能、核能等
2.从能源再生性分
（1）可再生能源：在短时间内可连续再生利用的一次能源。
例如：水能、风能。
（2）不可再生能源：经过亿万年形成的，短期内无法恢复的能源。
例如：煤、石油、天然气等。
3.从能源的原有形态是否改变分
（1）一次能源：指在自然界中能以现成形式提供的能源，例如：天然气、煤、石油、水能、太阳能、风能。
（2）二次能源：指需要依靠其他能源（也就是一次能源）的能量间接制取的能源，例如：电能、煤气、沼气等。
4.从对环境的影响分
（1）绿色能源：在释放能量的过程中对环境不造成化学污染的能源。
如氢能、潮汐能、太阳能。
（2）清洁能源: 对环境污染小的能源，如核能、天然气。
（3）不清洁能源：对环境污染大的能源，如煤直接燃烧。
1.石油
（1）石油的分馏：物理变化，得到石油气、汽油、煤油、柴油、重油等。
（2）石油的裂化：化学变化，获得更多的轻质油，特别是汽油。
（3）石油的裂解：化学变化，获得主要有机化工原料，如乙烯、丙烯、甲烷等。
2.煤
（1）煤的干馏：化学变化，隔绝空气加强热，得到焦炉气、煤焦油、焦炭等。
（2）煤的气化：将煤转化为可燃性气体的过程主要是C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）。
（3）煤的液化：把煤转化为液体燃料的过程，如甲醇。
化学与能源 ppt课件
氢及同位素
•氢--H
一价非金属元素。在正常情况下,氢是无色、无臭、 极易燃烧的双原子气体， •氘--D [deuterium],
亦称“重氢” ，氢的同位素,其原子量为普通轻 氢的二倍,少量的存在于天然水中,用于核反应,并在化 学和生物学的研究工作中作示踪原子, •氚--3H或T [tritium]
The Nobel Prize in Chemistry 1944
“for his discovery of the fission of heavy nuclei (核裂变)"
Otto Hahn , 1879 - 1968 , Germany Kaiser-Wilhelm-Institut (now Max-Planck Institut) für Chemie ,Berlin, Germany
The Nobel Prize in Chemistry 1934
“for his discovery of heavy hydrogen(重氢[氘])"
Harold Clayton Urey USA Columbia University New York, NY, USA 1893 - 1981
发现自发放射现象
The Nobel Prize in Physics 1903
"in recognition of the extraordinary services they have rendered by their joint researches on the radiation phenomena discovered by Professor Henri Becquerel“
板阻挡
或水泥墙阻挡
原子研究的诺贝Leabharlann 奖The Nobel Prize in Physics 1903
化学与能源的关系
化学与能源的关系能源是现代社会发展和生活运转的基础，而化学作为一门研究物质变化的学科，与能源密切相关。
化学在能源生产、转化和利用的各个环节都起着重要的作用。
本文将从化学与能源的关系、化学在能源生产中的应用以及化学在能源转化和利用中的作用等方面进行探讨。
一、化学与能源的关系能源是指能够产生运动、发光和产热等形式的物质或者物理现象。
而化学主要研究物质的组成、结构、性质及其变化规律，因此化学与能源之间存在着密切的关系。
首先，能源的产生与化学反应密切相关。
许多能源的产生都与化学反应有关，例如化石燃料的燃烧、核能的裂变和聚变以及化学电池的放电等过程。
这些能源的产生都基于化学反应中产生的能量。
其次，能源的转化与化学变化息息相关。
在能源的转化过程中，往往需要通过化学反应来实现能量的转化。
例如太阳能光电池将光能转化为电能，化学电池将化学能转化为电能，燃料电池将燃料的化学能转化为电能等。
最后，能源的有效利用也需要借助化学的手段。
化学技术可以提高能源的利用效率，减少能源的浪费。
例如通过催化剂的应用，可以促进燃烧反应的进行，提高能源的利用率。
化学还可以研究和开发新型的节能材料和技术，以降低能源的消耗。
二、化学在能源生产中的应用化学在能源生产中扮演着重要的角色。
化石燃料是目前主要的能源来源之一，而其生产和利用过程中都需要借助于化学技术。
石油、天然气和煤炭等化石燃料是化学反应的产物，其形成是数亿年来有机物质在地壳深处长时间作用下的结果。
在石油和天然气的提取和加工过程中，化学工艺被广泛应用。
例如，采用化学溶剂萃取可以提高原油中有价值组分的含量；利用化学反应可以将天然气中的硫化氢转化为硫磺，减少对环境的污染。
此外，化学还在新能源的开发和利用中发挥着重要的作用。
例如太阳能电池利用光的能量直接转化为电能，其中的主要工作原理基于光生电化学反应。
化学技术还可以应用于风能、水能等可再生能源的利用过程中，例如储能材料的研发和制备以及能量转化的催化剂设计等。
化学与能源
化学与能源1．常规能源——矿物燃料常规性能源主要为矿物燃料的煤、石油、天然气等。
煤在国民经济中占有很重要的地位，被称为“黑色的金子”、“现代工业的粮食”。
它是由有机物和无机物组成的复杂混合物，主要含有C元素。
煤的主要加工方式是把它隔绝空气加热，使其分解生成焦炭、煤焦油和焦炉气等。
焦炭是冶金工业的重要原料，煤焦油是重要的化工原料，而焦炉气则是重要的燃料。
在加工煤炭以及使用煤作燃料的过程中，对于所产生的煤灰、煤渣、“废气”、“废液”都应加以合理的处理和利用，一定要做到消除污染，保护环境。
石油被称为“现代工业的血液”，也是一种混合物，主要含有碳、氢两种元素，同时还有少量的S、O、N等元素。
因其成分复杂，很少直接使用，一般须进行炼制，通过炼制可以获得汽油、煤油、柴油等燃料和各种机器所需的润滑油以及许多气态烃等产品。
在大力发展石油工业的过程中，我们必须高度重视石油炼制、石油化工等工业产生的“废水”、“废气”和“废渣”以及海底采油、油船运输等对大气、地面和江河湖海的污染。
天然气是当今世界上最重要的气体矿物燃料，主要成分为甲烷，是蕴藏在地下的一种重要能源。
也是一种污染比较小的燃料。
2．绿色能源——太阳能太阳能是个巨大的能源，可以通过四个渠道被人类利用：(1) 通过大气和水分的升腾循环，再通过风、流水、波浪、海流等以风能、水能等形式表现出来。
(2) 被海洋吸收，成为海洋内能，再以潮汐能的形式释放出来。
(3) 通过植物的光合作用把太阳能转化和储存起来，再以草木、沼气、煤、石油、天然气等燃料的形式释放出来。
(4) 通过转换成电能被人们直接使用，如：太阳能照相机，太阳能电话，太阳能冰箱，太阳能电视机，太阳能住宅。
3．其它能源——氢能、核能氢气作为正在崛起的新型能源，引起人们的高度重视。
其主要的优点在于：(1) 矿物资源是有限的，而氢气可以用水作原料来制取，有广泛的来源。
(2) 氢气燃烧时放出的热量多，每千克氢气燃烧发热量高达143000千焦，为同质量汽油的三倍。
化学与能源知识点总结
化学与能源知识点总结一、化学与能源的关系1. 化学是能源的生产者和消费者化学反应是能源转化的重要方式，许多化学反应都伴随着能量变化。
例如，燃烧、发酵和电化学反应等都是化学能转化为其他形式能的过程。
另一方面，化学也是能源的生产者，化学反应可以用来合成各种燃料、电池和储能材料等。
2. 化学能源和可再生能源化学能源是指储存在化学结合能中的能量，例如燃料、电池和化学储能材料等。
化学能源有些是可再生的，如生物质燃料和氢能，有些是非可再生的，如石油和天然气。
可再生能源是指来自自然界能源循环中能够不断再生的能源，如太阳能、风能和水能等。
3. 化学能源与环境化学能源的使用与环境问题密切相关。
一方面，石油、天然气等燃料的燃烧会产生大量的二氧化碳等温室气体，导致全球变暖，破坏生态平衡；另一方面，化学能源的开发和利用也会对环境造成损害，例如石油开采所产生的污染和酸雨。
二、化学能源的利用1. 燃烧燃烧是最常见的化学能源的利用方式，利用燃料燃烧产生热能和动力。
燃料的种类很多，包括煤炭、石油、天然气、木材、生物质等。
其中，煤炭是目前世界上使用最广泛的燃料，但在燃烧过程中会产生大量的二氧化碳和其他有害物质，对环境造成严重污染。
2. 化学电池化学电池是利用化学能转化为电能的装置。
它由阳极、阴极和电解液组成，阳极和阴极之间的化学反应产生电子流，从而产生电能。
化学电池广泛应用于电子设备、交通工具和储能系统等领域。
不同种类的化学电池有不同的工作原理和适用范围，如铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池和燃料电池等。
3. 化学储能化学储能是把能源以化学形式储存在某种材料中，待需要时再释放出来进行能量转化。
目前比较常见的化学储能方式包括氢能、气化炼油、冷藏与解冻、蓄电池等。
其中，氢能作为清洁能源备受关注，不仅可以用来作为燃料，还可以存储和输送能源。
4. 生物质能生物质能是指来自生物体的能源，主要包括木材、秸秆、粪便、沼气、生物柴油和生物醇等。
生物质能是一种可再生的能源，它不仅能够提供热能和动力，还能减少温室气体排放，有利于环境保护。
化学与能源
03 化石燃料及其利 用
化石燃料种类与特性
煤炭
天然气
形成于地下深处，由古代植物遗体经 过复杂的地质化学变化而成。具有高 碳含量、高热值和丰富的储量。
主要成分为甲烷，形成于地下深处， 由古代生物遗体在还原环境下经地质 作用形成。具有清洁、高效、环保等 优点。
石油
由古代海洋或湖泊中的生物遗体在地 下高温高压环境下形成。具有高热值 、易运输和加工成各种燃料和化工原 料的特性。
电动汽车与可再生能源的协同发展
将电动汽车作为移动储能单元，通过智能充电设施与可再生能源发电系统相连，实现电动 汽车与可再生能源的协同发展。例如，在太阳能和风能资源丰富的地区建设充电站，为电 动汽车提供清洁的充电服务。
05 新能源材料在化 学能源中应用
新能源材料种类及特性
锂离子电池材料
01
具有高能量密度、长循环寿命和环保等优点，广泛应用于电动
04 可再生能源与化 学储能技术
可再生能源种类及特点
太阳能
风能
利用光伏效应将太阳能转化为电能，具有 清洁、无限可利用的特点。
通过风力驱动风力发电机产生电能，风能 资源丰富且分布广泛。
水能
生物质能
利用水流驱动水轮机产生电能，水能资源 可再生且对环境影响较小。
利用生物质（如木材、农作物废弃物等） 进行燃烧或发酵产生热能或生物燃料，具 有可再生性和低污染性。
化学反应在能源转换中应用
燃料电池
利用化学反应产生电能，具有高效、环保等优点 ，应用于交通工具、便携式设备等领域。
能源储存与转换材料
研究具有高能量密度、快速充放电等特性的材料 ，如锂离子电池、超级电容器等。
ABCD
太阳能利用
通过光化学反应将太阳能转换为化学能储存，如 光合作用、光催化等。
化学与能源
化学与能源
化学与能源是一个复杂的研究领域，其广泛的应用已经产生了深远的影响。
化学与能源之间的关系是深刻的，它们密切关联，可以为社会带来无限的福祉，促进社会发展，改善人民的生活水平。
化学与能源之间最重要的关系在于能源的转化和技术的发展。
化学可以用来转化能源的物态：将原始能源转化为可以使用的能源，从而节省大量的资源。
例如，化学可以将石油分解成甲烷、乙烷等各种化学物质，然后再转化成汽油、液化石油气和天然气等可用能源。
此外，化学与能源之间的联系还体现在其他方面。
例如，化学技术可以帮助人们解决能源短缺的问题，比如利用可再生能源（如太阳能和风能）生产可替代能源。
此外，化学也可以改善燃料的效率，增加油的热量，提高柴油和天然气的效率，以及提升核能的有效利用率。
化学进步也给社会带来了积极的影响，化学技术可以改善环境，降低能源污染，更好地利用能源，减少能源浪费，充分发挥能源的有效利用率，最终对人类节约费用，改善社会的生活水平起着重要的作用。
综上所述，化学与能源有着千丝万缕的联系，化学可以帮助人们转化和技术发展，改善能源使用的短缺问题，改善燃料的效率，降低能源污染，最终节约费用，改善人民的生活水平，推动社会发展。
化学与能源
Part 2
新型能源技术
新型能源技术
新型的能源技术如太阳能、风能、地热能等正在逐渐取代传统的化石燃料。这些技术的核 心在于利用自然界的能源，如太阳能、风能等，避免了燃烧过程，从而减少了环境污染
太阳能：太阳能是指从太阳辐射出来的能量。通过使用太阳能电池板，我们可 以将这种能量转化为电能。太阳能是一种清洁的能源，它的使用不会产生任何 污染物。然而，由于太阳能电池板的效率较低，且其成本较高，因此它的广泛 应用仍受到限制
新型能源技术
01
除了上述的几种能源 外，还有核能、潮汐 能、水力发电等新能 源技术正在不断发展
2024/2/27
02
新能源技术的兴起和发展不仅 有助于解决环境问题，也有助 于减少对化石燃料的依赖，推
动全球经济的可持续发展
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Part 3
结论Байду номын сангаас
化学与能源的关系密切且相 互促进
传统的化学能源为我们提供 了主要的能源来源，但它们
的使用也带来了环境问题
2024/2/27
结论
而新型的能源技术则为我们 提供了清洁、可持续的替代 方案
随着科技的不断进步和新材 料的发展，我们有理由相信， 未来的化学和能源将会更加 紧密地结合在一起，为我们 创造一个更美好的未来
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天然气：天然气主要由甲烷 组成，它也与海洋中的微生 物有关。这些微生物在海洋 底部沉积后，经过长时间的 压力和温度作用，形成了天
然气
2024/2/27
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传统化学能源
这些化石燃料为我们提供了 大量的能源，但它们的使用 也带来了一些环境问题，如 全球变暖和空气污染
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三.石油（原油）
石油是一种碳氢化合物的混合物。 所谓碳氢化合物就是 由碳元素和氢元素组成的化合物。由几百万年以前的动植物 沉积经过复杂的地质变化形成的液体混合物。 元素组成： C，83~87％ H，11~14% 其他 S， N， O，微量金属Ni、V、Fe等 物质组成： 烷烃、环烷烃、芳香烃、少量烯烃。 有机硫化物、氮化物、氧化物。 水份、矿物质。 原油：未经处理的石油。
生物质在厌氧条件下可生成沼气,其主要成份是甲烷 (CH4),甲烷燃烧热值高,而且干净,因此被称为清洁燃 料。另外，生成沼气的残渣、残液是优质的速效肥料。
沼气的原料可以是有机垃圾，既处理了生活垃圾的一 部分又清洁了环境，所以建设大型沼气池可同时处理 城市垃圾，还可以用于发电。 到2000年底，我国共建成了1000座工业废水和畜禽粪 便沼气工程形成了每年约6亿立方米沼气生产能力。我 国农村有500多万小型沼气池作为家用能源。
能源的分类
再生能源
一次能源 非再生能源 太阳能、水力、风力、生 物质能、波浪能、潮汐能、 海洋温差能、地热 原煤、原油、天然气、油 页岩、核能
二次能源
电力、蒸汽、煤气、汽油、柴油、 重油、液化石油气、酒精、沼气、 氢气和焦炭
水蒸气形成雨雪
空气变热形成风 空气、地表吸热
直接利用太阳能
食物中的化学能
据统计：
世界每年约产出1.7×1011吨干生物量，利用量仅 为1.3×108吨，不足总量的1%；
生物质向人类提供了世界能源消费总量的15%,仅 次于石油、煤碳和天然气（生物能是第四大能 源）；
我国利用的生物质能约为2.6×108吨标准煤，占农 村能源消费的70%左右。
传统能源使用的新方式
煤的综合利用
——煤的气化
让煤在氧气不足的情况下，进行部分氧化， 使煤中的有机物部分分转化。 气化的主要目的有二个：产生气体燃料，便于 管道输送（车间、实验室、厨房） 气化的过程涉及10个左右的基本化学反应，根 据不同需要作不同的条件控制，产物的成分和 比例不同。
煤的综合利用
——煤的液化
煤与石油有着相似的“成长经历”，有着近 似的“基因”，有可能通过一定化学反应， 将煤转化为石油。煤炭液化油可称为人造石 油。 煤的液化可分为直接和间接液化 直接液化：2.3吨煤可以液化为一吨
H2 C H2C HC CH3 H2C C H2
2.烃类化合物的命名
① 直链烃，碳原子少于等于10的以甲、乙、 丙、丁等命名，11以上用汉字十一、十二 等命名， 如：C5H12 戊烷，C18H38 十八（碳）烷 ② 支链烃，可从直链烃导出，把支链当作取代 基称为某烷基，如：-CH3 甲基，-CH2CH3 乙基 另外，还可选择最长的碳链为母链，从离取代 基最近端编号，将取代基的位置和名称写在母体名 前，中间加"-"。
按能源利用方式分类 1. 一次能源：可从自然界取得而不改变其基本形 态的能源。 常规能源：已被人们广泛应用的能源，如水 能、煤、石油、核裂变材料等 新 能 源：采用新的先进科学技术而被广泛 应用的能源，如太阳能、风能、核聚变材料 2. 二次能源：由一次能源加工或转换而转变了形 态的能源称为二次能源。 煤制品 石油制品 电能、沼气、蒸汽等。
发电装置。
对农业废弃物、粪便、污水或城市固体废物等进行 厌氧消化，以生产沼气和避免用错误的方法处置这些
物质，以免引起环境危害。
二.煤-最主要的固体燃料
概述 – 煤是我国的主要能源 – 煤的来源及形成 – 煤的化学组成 煤的利用方式 – 直接燃烧 – 综合利用 煤的气化 煤的干馏 煤的液化
光合作用
煤炭
能源消耗
•2004年世界一次能源消耗： 9741 兆吨标准油
美国
中国
2298
1178
俄罗斯 671
日本
印度 德国
505
345 332
英国
韩国
223
212 我国万元GDP能耗水平是发达国家 的3至11倍 “十一五”末，万元GDP能耗降低 20％
能源构成，％
国家 美国 中国 石油 40 23 天然气 25 3 煤炭 25 68 水电 2 5 核能 8 1
液体燃料
除利用农牧业的废料，科学家们成功地培植了一些 速生树木等高产作物以获取生物能源。 巴西：香胶树（又称石油树）每株每年产50KG左右 与石油成份相近的胶质。 美国：黄鼠草，每公顷年产6000kg石油；巨型海藻， 提炼类似柴油的燃料油。
香胶树产的“油”不仅可 以直接供汽车使用，而且产量 还很可观。一棵树在六个月里 分泌出的胶汁有20-30千克， 一亩地如果种上六七十棵香胶 树，就可以产“石油”十几桶。
生物能的开发和利用具有巨大的潜力
直接燃烧生物质来产生热能、蒸汽或电能。
利用能源作物生产液体燃料。目前具有发展潜力的
能源作物，包括：快速成长作物树木、糖与淀粉作物
（供制造乙醇）、草本作物、水生植物等。 生产木炭和炭。
生物质（热解）气化后用于电力生产，如集成式生
物质气化器和喷气式蒸汽燃气轮机（BIG/STIG）联合
中国能源结构
•石油和天然气，太少
•煤炭，太多
•核电，少
一.柴薪(生物质能)
——第一代主体能源
柴薪是人类第一代主体能源
柴薪也可称为生物质能,它是光合作用的产物,是 太阳能的间接利用 植物的叶绿体通过光合作用，利用太阳的能量， 将CO2和H2O合成为有机物并放出O2,在燃烧时，这 些有机物又与氧气发生化学反应变为CO2和H2O,同 时释放出能量。
煤的化学组成
因产地而异。目前公认的平均组成含C、H、O、 N、S分别为85.0%，5.0%，7.6%，0.7%，1.7%， 可折成原子比来表示： C135H96O9NS
此外还含有其他的金属和非金属元素。
煤的利用方式 ——直接燃烧
我国是一个燃煤大国。年消费量在10亿吨以上。
其中：30%用于火力发电，炼焦；
俄罗斯
日本 印度 德国 英国 韩国 亚太地区
19
49 33 38 34 50 36
54
14 8 23 38 11 11
17
22 54 26 18 24 45
5
5 4 2 1 1 4
5
10 1 11 9 14 4
世界合计
37
24
26
7
6
世界能源结构
•化石燃料（矿物燃料）占87％，仍然是主要能源； •可再生清洁能源的大规模利用有待时日。
煤所占比例为：1960年94%；1970年81%;1990年76%；2000 年68%
煤的来源（形成）
煤、石油和天然气是上亿年前的植物或动物变来 的，故被称为“化石能源”。它的主要演变过程 为： 约3亿年前的古生代——泥煤形成 随着地壳下降，下有地热，上有土石压力——褐 煤形成 地壳继续下降，较深的地方，压力继续增大，地 热温度可达20000C左右，形成烟煤，最后变成无 烟煤。 煤因此被称为化石能源
50%用于各种工业锅炉、窑炉； 20%的用于生活。 直接燃烧的弊端：
1. 热效率低；
2. 化学利用率低；
3. 严重污染环境。
煤的综合利用
——煤的干馏（煤的焦化）
即隔绝空气加热，使煤分解生成：焦炉气（气 体），煤焦油（液体），焦炭（固体） 控制干馏的温度可以得到不同的产品。 –焦炉气中除可燃气体CO，H2，CH4外，还有乙烯、 苯、氨等。 –煤焦油可提炼苯、酚、萘、蒽、菲等环状化合物， 它们是医药、农药、炸药、染料行业的重要原料， 此外还可分离出吡啶 、喹啉、机油、沥青等400 多种化合物； –焦炭的主要用途是炼铁，还可制成电石，电极等
柴薪的传统使用方法是直接燃烧，其热利用率很 低，为15%左右，即使用新式节柴灶，也最多能提 高到25%左右，而且直接燃烧还会造成环境污染。 总体思路：将固态的柴薪通过化学反应转化为可 燃性液态或气态化合物，即将生物能转化为化学 能，然后再燃烧放热。
–气态燃料：沼气
–液态燃料：甲醇、乙醇
气体燃料—沼气
H H3 C C C C CH3 H2 H2 CH3 H H3C C C C CH3 H2 H CH3 2 2-甲 基 戊烷
3-甲 基戊烷
3．石油的炼制及产品性能
（1） 分馏：利用原油不同组分的沸点不同，使原油在不同 温度下蒸发出不同的组分，这种方法叫做分馏。 石油气 C1 --C4 <40℃, 化工原料、燃料 溶剂油 C5--C7 40--95℃，溶剂
能源是提供能量的自然资源。
能量是一切运动的源泉。没有能量就没有生命运动， 生命运动的停止意味着生命的死亡；没有能量就没 有化学反应，所有形式的生命都不能维持。 能源是宇宙的推动力，是系统作功能力的量化特性， 能源可以是动能、位能、热能。能源的 形式有很 多(例如热力、电力等)，而且一种能源形式可以转 化成另一种形式。
能源的分类
能源按其来源不同可以分类四类：
1. 太阳能：除太阳辐射能以外，还包括煤、石油、 天然气等化石燃料，以及生物质能、水能、风能、 海洋能等间接来自太阳能的能源。
2. 地热能：如地下热水、地下蒸气、干热岩体。 3. 核裂变资源和核聚变资源：如铀、钍等核裂变和 氘、氚、锂等核聚变资源。 4. 月球、太阳等星体对地球的引力为主产生的能源： 如以月球引力为主产生的潮汐能。
煤是我国的主要能源
中国最早使用煤，700多年前，马可波罗看到中国 人烧煤，这是他第一次见识到一种可以燃烧的“黑 石头” 最早大规模使用煤的是英国：英国森林资源有限， 而英国又是产业革命的发源地，随着蒸汽机的发明 和推广，煤逐渐成为能源主角。 世界能源消费：20世纪70年代石油超过了煤。 发展中国家仍以煤为主要能源。 中国的能源消费构成：
水 + 二氧化碳
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