化学与能源专题
[考试目标]
1．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
2．了解化学在解决能源危机中的重要作用。
3．了解煤、石油、天然气等能源及海水资源的综合利用。
[要点精析]
一、能源的分类
⑴从使用程度分
常规能源：煤、石油、天然气（矿物燃料）、水力。
新能源: 太阳能、风能、潮汐能、地热能、核能等。
⑵从能源再生性分
可再生能源：使用后会在短期内重新形成的能源，如：风能、水能、潮汐能、太阳能。
不可再生能源：不可能在短期内重新产生出来的能源：核能、煤、石油、天然气等
（已探明储量仅用百年）。
⑶从能源的原有形态是否改变分
一级能源：直接提供能量的能源。如风、水、太阳、煤、石油、天然气燃烧。
二级能源：由一级能源转化形成的能源。如电能、煤气、汽油、酒精等。烧天然气的汽车
⑷从对环境影响分
绿能源：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。
清洁能源: 对环境污染小的能源，如核能、天然气。
不清洁能源：对环境污染大的能源，如煤直接燃烧。
二、石油、煤和天然气的综合利用
1．石油——主要是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃所组成的混合物，是一种极其重要的资源。（1）石油化工——由石油产品和石油气（炼厂气、油田气、天然气）做原料来生产化工产品的工业简称。
（2）分馏——利用沸点不同将石油分成不同沸点范围的蒸馏产物的方法。分馏分为常压分馏和减压分馏两种。分馏是一种物理方法。
①常压分馏——常压下分离出低沸点的烃如溶剂油、汽油、煤油、柴油等轻质油。
②减压分馏——利用外界压强对物质沸点的影响，用降低分馏塔内压强的方法，能使重油
的沸点随压强降低而降低，达到分离的效果
（3）馏分——分馏出来的各种成分。每一种馏分都是混合物。
石油分馏的产品：溶剂油（C 5～C 6 30～150℃）、汽油（C 5～C 11 220℃C 以下）、煤油（C 11～
C 16 180～310℃）、柴油（C 15～C 18 200～360℃）、凡士林（C 16～C 20 360℃以上）、
石蜡（C 20～C 30360℃以上）、沥青（C 30～C 40360℃以上）。
（4）裂化——将长链烃断裂成短链烃的化学反应。分为热裂化和催化裂化两种。目的是提高
轻质油的产量，特别是汽油的产量。如：
产物为半烷半烯。这样得到的汽油称为裂化汽油，都含有烯烃，不可用来萃取溴水中的溴。
（5）裂 解——为了获得短链不饱和烃而进行的深度裂化。如：
C 4H 10    CH 4+C 3H 6一定条件下C 4H 10C 2H 4+C 2H 6一定条件下
（6）裂解气——主要成分为乙烯、丙烯、丁二烯。国际上常用乙烯的产量来衡量一个国家化
学工业发展水平的重要标志之一
2．煤——由有机物和无机物所组成的复杂的混合物，是工业上获取芳香烃的一种重要来源。
（1）煤的干馏——把煤隔绝空气加强热使它发生分解反应的过程。煤经过干馏能生产焦炭、
煤焦油、粗氨水和焦炉气。干馏是一种化学方法。
（2）焦炉气——主要成分是氢气和甲烷；
（3）煤焦油——含有多种芳香族化合物的复杂混合物（可用分馏的方法将其分离）。 出炉
煤气焦炉气——H 2、CH 4、C 2H 4、CO
——气体燃料、化工原料粗氨水——氨和铵盐——氮肥
粗苯—苯、甲苯、二甲苯煤焦油焦炭——冶金、电石、合成氨造气、燃料苯、甲苯、二甲苯酚类、萘——染料、农药、医
药、合成材料
沥青——筑路材料、电极
煤
3．天然气——主要成分为甲烷的气态碳氢化合物的总称。
主要用途：（1）天然气发电，具有缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染。
（2）天然气是制造氮肥的最佳原料，具有投资少、成本低、污染少等特点。天然气占氮肥生产原料的比重，世界平均为80%左右。
（3）天然气作为民用燃料，热值高，污染少，符合环保意识。
（4）天然气代替汽车用油，具有价格低、污染少、安全等优点。天然气被视为最干净的能源之一。
三、电池、家用燃料、汽车燃料
1．原电池工作原理：
2．家用燃料：煤、液化石油气、天然气和沼气
液化石油气的主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等
3．汽车燃料：汽油、天然气、电池和氢气
四、新能源开发
1、能源新秀“可燃冰”，储量大污染小。
“可燃冰”是深藏于海底的含甲烷的冰。它是由于处于深海之高压低温条件下，水分子通过氢键紧密缔合成三维网状体，能将海底沉积的古生物遗体所分解的甲烷等气体分子纳入网体中形成水合甲烷。这些水合甲烷就象一个个淡灰的冰球，故称可燃冰。这些冰球一旦从海底升到海面就会砰然而逝。调查表明，可燃冰在海洋深水底和永久冻土带环境广泛分布、资源量巨大。据估计，可燃冰中的甲烷气含量要比地球上已知的石油、天然气和煤炭的资源量多出一倍以上，可满足人类1000年的需求。
可燃冰里甲烷占80％—99.9％，燃烧后几乎没有污染，在世界各国日益重视开发绿能源技术和新能源、以逐渐缓解高油价对经济造成压力的背景下，可燃冰作为“21世纪的新能源”被各国普遍看好，可望代替石油、煤等传统矿物能源。但是，目前大规模的开采还存在困难，因为可燃冰是一种极不稳定的物质，在接近冰点和处于500米水深以下的高压下才保持稳定。如果把可燃冰从这种条件下取出，就会迅速分解，甲烷的散发可能会给环境造成危害。
科学家们普遍认为，作为一种新型环保能源，可燃冰有望成为石油等传统能源的
替代品，成为未来世界的主要能源。
2、氢气能源，超级环保。
燃烧后几乎没有污染，产物只有水。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出1
0倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体。氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大90O0倍。除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，即284.702 kJ/mol，是汽油发热值的3倍。
目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢能的大规模的商业应用还有待解决以下关键问题：廉价的制氢技术，安全可靠的贮氢和输氢方法。高效率的制氢的基本途径，是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢，那就等于把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的干净能源了，其意义十分重大。许多科学家认为，氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。
3、“垃圾”发电，变废为宝。
是把各种垃圾收集后，进行分类处理。其中：一是对燃烧值较高的进行高温焚烧（也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机要物），在高温焚烧（产生的烟雾经过处理）中产生的热能转化为高温蒸气，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生一种气体叫甲烷，也叫沼气。再经燃烧，把热能转化为蒸气，推动涡轮机转动，带动发电机产生电能。
现在，随着技术的发展，使人们对垃圾有了新的观点：“世界上根本没有垃圾，只是放错了地方的资源”。垃圾发电在国际上已成为保护资源且拉动环保产业的重要项目，在日本已建有1700家垃圾发电厂，在维也纳光市区就有9家，我国已经确定有1000家，垃圾发电以实现环保和资源再生的良性循环。