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《能量的守恒和轉(zhuǎn)化》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、1．化學(xué)與城市煤氣化近十幾年來，生活燃料煤氣化，已在我國許多城市逐漸推廣，“煤氣”已走進(jìn)我們的生活。從化學(xué)角度觀察“煤氣”，也是很有趣的事?！懊簹狻币辉~源于英國，早在上世紀(jì)初（1806年）就用煤制造出可燃性氣體用于工業(yè)和生活。以后又出現(xiàn)了多種氣體燃料，也多與煤有關(guān)，所以將這些燃?xì)饨y(tǒng)稱煤氣。這里所說的煤氣則泛指所有氣體燃料。煤氣因來源不同，有不同的名稱，有取之于大自然的天然氣，也有另一類“人工煤氣”：把煤干餾而得到的氣體叫焦?fàn)t煤氣；把煤（或焦炭）在不完全條件下燃燒可得到發(fā)生爐煤氣；若高溫的炭與水蒸氣作用，能得到水煤氣；煉鐵高爐排出的氣體中還有相當(dāng)多的可燃成分，叫高爐
2、煤氣；若是加工石油產(chǎn)品，可得液化石油氣；若把某些有機(jī)廢料密閉發(fā)酵，制得的沼氣也能為我們生活服務(wù)。一般說來，煤氣多是混合物。各種煤氣所含可燃成分的種類、比例不同，它們的發(fā)熱效率也不一樣。例如天然氣和沼氣主要含甲烷，發(fā)生爐煤氣和高爐煤氣主要是一氧化碳，液化石油氣含丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等可燃物，焦?fàn)t煤氣則富含氫氣、甲烷，還有一氧化碳及少量乙烯。人工煤氣是化學(xué)加工的產(chǎn)物。人們把液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)用化學(xué)方法處理，把得到的氣體燃料用于生活和工業(yè)生產(chǎn)，既方便又清潔，大大改善了勞動(dòng)條件和居住環(huán)境的質(zhì)量（使用管道煤氣的用戶更能深深體會(huì)到這一點(diǎn)）。但是，人們對(duì)燃料的改造不僅僅是為了方便
3、和清潔。以焦?fàn)t煤氣為例，若把煤當(dāng)作燃料直接燒掉，那就不只是不方便、不清潔的問題，更重要的是浪費(fèi)了寶貴的自然資源，因?yàn)槊豪锩孢€含有許多復(fù)雜的有機(jī)物。把煤干餾之后，可以得到優(yōu)質(zhì)固體燃料——焦炭，又可得到重要的化工原料——煤焦油，還可得到含有氮元素的氨水，另外還有富含可燃成分的焦?fàn)t煤氣。我們用焦?fàn)t煤氣頂替煤作為生活燃料，把焦炭、煤焦油和粗氨水又派上其他重要用途。經(jīng)過這一化學(xué)加工，煤的利用價(jià)值比燒煤增大了許多倍，而居民的生活耗煤量反而大大下降（一個(gè)每年生活耗煤50萬噸的城市，用上焦?fàn)t煤氣的以后，年耗煤量劇減到8萬噸），并且因此淘汰了大型煤加工廠和居民生活煤堆，美化了市容，
4、飄塵也大大減少了，酸雨危害也隨之消失了……。所有這些，都是煤氣化的結(jié)果?；瘜W(xué)，為人類做出了巨大貢獻(xiàn)。2.化學(xué)與能源化學(xué)是一門使人類生活更加美好的基礎(chǔ)自然科學(xué)?；瘜W(xué)研究在解決能源等問題方面，起著關(guān)鍵的作用。-3-化學(xué)提供給人類合理利用能源的方法。能源是人類生存的必要元素，人類生產(chǎn)、生活一刻也離不開能源。人類的歷史可以說就是從利用火開始的，人類早期開發(fā)使用的能源，如石油、煤、天然氣等已日趨減少，如何合理地使用這些能源、需要化學(xué)家的幫助。如何得到新型能源，如核能、風(fēng)能、太陽能等，關(guān)鍵是通過化學(xué)制備得到所需材料；化學(xué)電源（電池）則更離不開化學(xué)。⑴化學(xué)電池化學(xué)電源是一種直接
5、把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，俗稱電池。無論是一次性電池，還是蓄電池，或是發(fā)展中的新型電池（包括燃料電池），其形式不管怎樣變化，實(shí)質(zhì)始終是氧化還原反應(yīng)中電子的得失。⑵化學(xué)燃料人類使用的化學(xué)燃料主要是石油、煤、天然氣，利用它們?nèi)紵龝r(shí)產(chǎn)生的熱量作為能源。出于對(duì)環(huán)境的保護(hù)，以及煤和石油等燃料終將用竭這一問題，人們開始利用化學(xué)反應(yīng)等方法開發(fā)新型的清潔能源，如天然氣、氫氣、乙醇等。⑶太陽能太陽能是取之不盡的無污染的能源。自然界最重要的利用太陽能的方法是光合作用。人類使用太陽能的突出途徑是利用太陽光直接發(fā)電。當(dāng)前硅太陽能電池（轉(zhuǎn)換效率15℅—21℅）已用做衛(wèi)星的電池和地面電站并入
6、電網(wǎng)供電，更高轉(zhuǎn)換效率的砷化鎵太陽能電池（轉(zhuǎn)化效率21℅—25℅）也已在“風(fēng)云一號(hào)”衛(wèi)星上使用。化學(xué)家為更廉價(jià)、更廣泛的利用太陽能，用電化學(xué)裝置構(gòu)成光化學(xué)電池。在光電池中，一個(gè)或兩個(gè)電極都是用能吸收光的半導(dǎo)體材料制成，吸收光子后在電極——電解質(zhì)界面上產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，外電路中就有電流通過。⑷氫能氫能被世界公認(rèn)為未來代替礦物燃料的最理想能源。因?yàn)闅錃饩哂腥剂闲矢?、發(fā)熱高，燃燒產(chǎn)物無污染，而資源又豐富三大主要優(yōu)點(diǎn)。制氫的方法可謂五花八門。常規(guī)的制氫方法主要以天然氣、石油、煤為原料，在高溫下使之與水蒸氣反應(yīng)而制得。當(dāng)然，也可采用電解水的方法制取。這些方法或從經(jīng)濟(jì)上，或
7、從資源上來看，是不可取的。發(fā)展中的新型制氫技術(shù)，將主要從以下幾方面來考慮：首先可用硫化氫制取。世界上有不少高純度硫化氫礦和許多化工過程要求脫硫（多以硫化氫形態(tài)存在），在催化劑作用下，可以在回收硫黃的同時(shí)獲得氫氣。其次，可以用低電耗電解水方法制氫，新型的用加煤粉電化學(xué)催化氧化法電解水制氫，和常規(guī)的電解水制氫相比，可降低電壓和電耗一半以上。再次，還可用光化學(xué)的方法制氫。利用太陽能中光子的能量使水分子分解而獲得氫氣。第四，人們采用等離子化學(xué)制取氫。水以蒸氣形態(tài)在反應(yīng)器中通過高頻放電，使水分子外層失去電子而處于電離狀態(tài)，與經(jīng)電場加速的離子相互作用，進(jìn)而分解為氫和氧。這種制
8、氫法設(shè)備容
