第五章资源能源及其利用

•
开源：用再生资源和原子核能代替矿产能源
•
节流：节约能源，特别重视节约矿物燃料
•
提高利用率
•
控制人口增长
第五章资源能源及其利用
•2、能源分类
•一次能 源
•二次能 源
•再生能源和非再生能源 •常规能源和新能源 •第一、第二、第三能源
•（教材P317-318，表5-6、7、 8）
第五章资源能源及其利用
第五章资源能源及其利用
•课 后 小 结
第五章资源能源及其利用
•第一节：地球上的资源 • 资源的分类（按再生性质分类）
•第二节：地球上的能源： • 能源的分类 • 太阳能的优缺点
第五章资源能源及其利用
•第三节：能量及其转化 • 机械能、内能 • 电功、功率、电能等计算
•第四节：原材料的开发利用 • 合成氨的反应条件 • 金属的腐蚀与防护
第五章资源能源及其利用
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合成氨最适条件的分析：
从速度考虑要采取高温、高压
从平衡原理考虑要采取低温、高压
提高压力，有利于加快反应速度和提高氨的平衡产 率。
但要考虑设备的而压和成本。
提高温度，有利于缩短氨的平衡时间但降低产出率；
选择催化剂最适合的温度 500 0 C
第五章资源能源及其利用
•2、电解食盐水 •重点：电极反应和电解产物
➢ 几种能源
•煤、石油、天然气、核能等均是来自地球的能源
•1、煤
•主要问题：供应不足、使用浪费、造成污染
•合理使用途径： •高温干馏（9000C）：得到焦炭、煤焦油、焦炉气
•
干馏：•低温干馏（6000C）：得到焦油
• 气化：得到无公害的煤气（脱硫、脱氮、除尘等）
• 液化：人造石油
第五章资源能源及其利用
❖ 内能是物体固有的属性
❖ 改变内能的方法：
做功：钻头钻孔、活塞压缩空气、电流通过电阻丝
热传递：灼热的火炉、
❖ 内能的表示： 做功的大小、热量的交换
•
对系统做功或对系统传递热量，系统内能增加；
•
系统对外做功或向外界传递热量，系统内能减少
第五章资源能源及其利用
热力学第一定律 •定义：包括热现象在内的能量守恒与转换定律
第五章资源能源及其利 用
2020/12/11
第五章资源能源及其利用
•学习方法建议：以自学为主
地球上的资源 地球上的能源 能量及其转化 原材料的开发利用
第五章资源能源及其利用
•[ 第一节知识点分析 ]
❖ 自然资源的概念和类型 ❖ 资源问题 ❖ 土地资源和水资源的特征和现状
第五章资源能源及其利用
❖ 自然资源的概念和类型
•裂变：重原子核分裂成两个中等质量的原子核 •聚变：两个氢原子核聚合成一个较重的原子核
第五章资源能源及其利用
•4、太阳能（来自地球以外的能源）
❖太阳能利用
•
将太阳能转化为内能：太阳能热水器等
•
将太阳能直接转化为电能：太阳能电池
•
将太阳能转化为生物能：光合作用
•
是再生资源
❖优点:
能量很大
•
没有污染
❖缺点： 受昼夜和天气影响
大
量的光和热
缓慢氧化（自燃）：反应速度慢，化学能转化成热
生物氧化：属缓慢氧化（有酶参与）
第五章资源能源及其利用
➢ 理解机械能、内能、电能及其它们之间的转化
机械能
o 动能、重力势能和弹性势能（相互转化）
o 机械能转化和守恒定律——在重力势能和动能相
•
互转化过程中，总机械能不变
第五章资源能源及其利用
•动能：物体由于运动反映出它做功的本领
•2、石油和天然气
•石油成分：各种碳氢化合物（烷烃、环烷烃和芳香烃）
•石油炼制：
•
分馏：原理：按沸点不同在分馏塔的不同部位出口
•
产物：汽油、煤油和轻柴油
•
裂化和裂解：目的不同
•
提高汽油的产量和质量
•
（5000C以下）得到石油化工原料
•
重整：改变汽油成分，提高汽油质量
第五章资源能源及其利用
•3、核能
•电功率：P = W / t = U I = I 2 R
第五章资源能源及其利用
•例：人体一般每消耗 1 升氧平均释放 2.0104 焦 耳
• 能量,如果某人步行上班,每分钟呼出全部气 体
• 中含氧0.6升,试计算某人步行时的代谢率.
•解: 第一步
求出某人1分钟放出的能量
•
0.6×2.0 × 104 焦耳
第五章资源能源及其利用
•5 0 0 0 C，3×10 7
•N2+3H2
Pa
2NH2 + 92.3 J
•催化剂
•（可逆反应）
•如何使合成氨的产率较高？
第五章资源能源及其利用
❖ 影响化学反应速度的因素： 升高温度、增加压强、催化剂
❖ 影响化学反应平衡的因素 o 提高温度和加催化剂：缩短氨的平衡时间 o 达到平衡时，催化剂对平衡产率没有影响 o 温度升高：平衡向吸热方向移动 o 提高压强，平衡向体积减小的方向移动
➢ 我国土地资源的特点
o 土地类型多样 o 可利用土地相对数量少 o 各类土地资源分布极不均衡
第五章资源能源及其利用
•2、水资源
➢ 基本特征： o 淡水资源所占比例小 o 水资源是可再生的自然资源 o 水资源与人类关系最密切
第五章资源能源及其利用
➢ 我国水资源的特点： • 用水需求与水资源状况之间存在许多矛盾
地球能够提供的自然资源总量之间 •第二种：是资源供需上的地区不平衡
第五章资源能源及其利用
❖ 土地资源和水资源
•以特征和现状为主
•1、土地资源 ➢具有双重属性的独特资源 • 既有自然因素的一面，也越来越爱到社会经济 因素的影响。 •
第五章资源能源及其利用
➢基本特征：
o 具有生产能力 o 数量有限 o 具有时间性（季节性） o 有固定的空间和地域
•1、概念： o 自然环境的组成部分 o 可利用的部分 o 其范围随着人类利用能力的增强而扩大
第五章资源能源及其利用
• 2、类型
•自然要素分类： • 土地资源、水资源、生物资源、矿产资源 •再生性质分类： • 不可更新的资源（矿产） • 可更新的资源（水、森林、土壤） • 永可更新的资源（太阳能、风能）
原因：
• 化学腐蚀：直接发生化学反应而引起的
• 电化学腐蚀：发生原电池反应而引起的
防护方法：
• 覆盖保护层
• 改变金属结构
• 电化学保护
第五章资源能源及其利用
➢ 合成高分子材料
•塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯 • （聚乙烯可制成食用塑料） •合成纤维：聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯晴纤维 •合成橡胶：
❖ 电解过程自习
❖ 两极上分别发生的氧化、还原反应
•
阴极： 2H+ + 2e = H2 ↑（还原）
• 阳极： 2Cl- + 2e = Cl2 ↑（氧化）
第五章资源能源及其利用
➢ 金属材料 •1、铁 •重点：铁的化学性质和钢铁冶炼的主 • 要原理
第五章资源能源及其利用
化学性质 铁元素在化合物中显示的化合价为+ 2或+ 3 （FeO Fe2 O3） 炼铁的主要原理 利用CO的还原氧化铁，炼得生铁
•例：一台提升重物用的电动机，其线圈电阻r 为
• 2欧姆，如果电动机输入电流为10安培，问
• 电动机的发热功率为多少？3分钟内产生多
• 少热量？
•解：第一步 求线圈发热功率 P
•
P = I 2 r = 10 2×2 = 200 瓦特
• 第二步 求热量
•
Q = I 2 r t = 10 2× 2 × 3 × 60 = 36000 焦耳
•
第二步
求代谢率
•
N = W / t = 0.6×2.0 × 104 / 60 = 200 瓦特
第五章资源能源及其利用
电流的效应
•1、热效应
• 电流通过金属导体产生热量，电能转化为内能
•（电灯、电烙铁、电热水器等）
•
•焦耳—愣次定律：Q = I 2R t
•
（焦耳、安培、欧姆、秒）
第五章资源能源及其利用
Fe2 O3 + CO = 2Fe + 3 CO2 炼钢的主要原理
用 O2 氧化生铁中的一部分碳及硫磷等杂质， 炼得碳钢
第五章资源能源及其利用
•2、铝
•重点：铝的性质和用途
•主要性质：
•
优良的导体、传热性、延展性、对光的反向性
•用途：
•
制造电线、炊具、门窗、飞机、汽车等
第五章资源能源及其利用
•3、金属腐蚀及其防护
•内容：系统由外界吸收的热量，一部分使系统 • 的内能增加，另一部分是系统对外作功 • Q = （E2 - E1 ） + W
第五章资源能源及其利用
电功、功率及代谢率
•功 率：P = W / t (焦耳 / 秒 瓦特)
•代谢率：N = W / t
（动物）
•电功: W = U I t
•
(焦耳、伏特、安培、秒）
第五章资源能源及其利用
❖ 资源问题
•1、两层含义：
➢ 可再生资源被强烈破坏和过度利用，再生速 度和能力逐渐降低，导致环境质量下降 ➢ 不可再生资源随着人类工业活动的不断加强， 变得越来越少
第五章资源能源及其利用
•2、造成原因 • 是资源供需方面的两种“不平衡”造成的 •第一种：是人类发展对自然资源的总需求和
第五章资源能源及其利用
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/11
第五章资源能源及其利用
第五章资源能源及其利用
•2、电能的化学效应
• •电能转为化学能
•（电解食盐水制取氯气和氢氧化钠、电筹、电镀、电 冶）
•3、电能的磁效应：
•
电能转化为磁场
第五章资源能源及其利用
•[ 第四节知识点分析 ]
➢ 无机物原材料 ➢ 金属材料 ➢ 合成高分子材料
第五章资源能源及其利用
➢ 无机物原材料
•1、合成氨工业 •重点： • 结合合成氨工业反应搞清影响化学反 应速度的因素和化学平衡原理
•
目前利用成本高
第五章资源能源及其利用
•[ 第三节知识点分析 ]
➢ 氧化作用 ➢ 机械能、内能及其转化 ➢ 热力学第一定律 ➢ 电功、功率及代谢率 ➢ 电流的效应及能的转化和守恒定律
第五章资源能源及其利用
➢ 氧化作用
剧烈氧化、缓慢氧化和生物氧化
从能量转化角度来理解：
剧烈氧化（爆炸、燃烧）：反应速度快，化学能转化成
•
EK = 1/2 mv02 质量跟它的速度平方的乘积的一半
•势能（重力势能）：物体因为相对于地球的位置而具有的能
•
EP = GH = mgh
•
等于物体的质量、重力加速度跟它的高度的乘积
•当物体自由下落时，势能转化为动能
第五章资源能源及其利用
内能
❖ 分子动能和分子势能
❖ 温度影响分子动能、体积影响分子势能
o 总量丰富，但人均数量少 o 空间分布不均匀 o 时间上分配不均 •
第五章资源能源及其利用
•[ 第二节知识点分析 ]
➢ 能源问题及分类 ➢ 几种能源
第五章资源能源及其利用
➢ 能源问题及分类
•1、能源问题 •一方面：面临着能源的日益短缺 •另一方面：对能源的需要不断增长，且要解决污染问题
•解决方法：