化學(xué)與日常生活7課件

化學(xué)與日常生活黃婷第四章化學(xué)與能源概述煤石油天然氣化學(xué)電源核能清潔能源4.1概述能源：《科學(xué)技術(shù)百科全書》能源是可從其獲得熱、光和動力之類能量的資源《大英百科全書》能源是一個包括著所有燃料、流水、陽光和風(fēng)的術(shù)語，人類用適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段便可讓它為自己提供所需的能量《能源百科全書》“能源是可以直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換提供人類所需的光、熱、動力等任一形式能量的載能體資源。一、能源的發(fā)展歷史柴草時期煤炭時期石油時期二、能源的分類按來源：來自地球以外的太陽能來自地球本身由月球、太陽等天體對地球的引力而產(chǎn)生按生成方式：一次能源二次能源按對能源的認(rèn)識過程：常規(guī)能源新能源按能否再生：非再生能源再生能源按消耗后是否造成環(huán)境污染：清潔能源（綠色能源）非清潔能源三、能量的轉(zhuǎn)化能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律內(nèi)能：物質(zhì)體系中，分子的動能、勢能、電子能量、核能等的總稱。4.2煤礦物燃料/化石燃料按照全世界對化石燃料的消耗速度計算，這些能源可供人類使用的時間大約還有：儲量有限的化石燃料一、煤的燃燒煤的形成：煤主要是由古代植物在地下隔絕空氣的條件下，經(jīng)過數(shù)億年的地?zé)岣邷?、高壓和?xì)菌作用，而形成的一種由有機(jī)物和無機(jī)物所組成的復(fù)雜的混合物。根據(jù)煤化程度不同，可分為泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤。煤的主要成分是碳、氫、氧，還含有氮、硫、磷等元素，以及泥、沙等礦物質(zhì)和水分。有效氫：與碳、磷、硫結(jié)合的氫化合氫：與氧結(jié)合煤的燃燒大致經(jīng)歷熱干燥、揮發(fā)份析出、著火燃燒、剩余焦炭的著火和燃燒等過程。按含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)分為：低硫煤（小于1.5%）、中硫煤（1.5%-2.5%）、高硫煤（2.5%-4.0%）、富硫煤（大于4%）。加入適量生石灰(CaO)可凈化固硫。流化床燃燒技術(shù)，又稱沸騰床燃燒煤油混燒技術(shù)二、煤的氣化煤的氣化反應(yīng)是指用氧、空氣、水蒸氣等氧化劑與高溫煤層或煤粒相互作用，使煤中有機(jī)物在氧氣不足的情況下進(jìn)行不完全氧化，轉(zhuǎn)化成含有氫氣、甲烷、一氧化碳等的可燃性混合氣體的過程。煤的高溫干餾將煤在隔絕空氣的條件下，加熱到600-800℃，煤中的有機(jī)物受熱分解，生成焦炭和主要含甲烷、揮發(fā)性有機(jī)物的焦?fàn)t煤氣。煤的發(fā)生爐氣化將空氣通入高溫煤層，得到含二氧化碳、一氧化碳、氫氣、氮?dú)獾目諝饷簹?。熱值不高煤的水煤氣化將水蒸氣通入高溫煤層使之煤氣化，產(chǎn)生的氣體是水煤氣。（主要成分是CO和H2）熱值較高半水煤氣煤的加氫氣化將煤先轉(zhuǎn)化成煤氣，然后將煤氣轉(zhuǎn)變成富含甲烷的干凈煤氣。熱值極高合成氣將純氧和水蒸氣在加壓下通入高溫煤層，煤中的苯酚等揮發(fā)出來，生成含氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳的氣態(tài)混合物燃料，稱混合氣。煤的地下氣化技術(shù)煤的熱核氣化技術(shù)用核反應(yīng)器放出來的熱量代替煤作為熱源，使煤完全用于氣化生產(chǎn)。煤氣的用途：用作燃料；化工原料；煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。三、煤的液化直接液化：在高溫和高壓下，將煤粉碎與溶劑混合，通入氫氣和催化劑，進(jìn)行加氫裂化。間接液化：將煤先氣化，然后在較低的壓力和溫度下反應(yīng)。據(jù)催化劑和反應(yīng)條件不一樣，最終產(chǎn)物可為石蠟、烯烴類、醇類。四、水煤漿將煤炭、水、部分添加劑，磨碎后成為一種類似于石油的可以流動的煤基流體燃料。優(yōu)點(diǎn)：燃燒效果好；環(huán)保效果明顯；工藝上具有許多優(yōu)越性；五、潔凈煤技術(shù)潔凈煤技術(shù)(CleanCoalTechnology，簡稱CCT)的含義是：旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制等新技術(shù)的總稱。中國潔凈煤技術(shù)包括四個領(lǐng)域，十四項技術(shù)：煤炭加工領(lǐng)域：選煤、型煤、水煤漿煤炭高效燃燒與先進(jìn)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域煤炭轉(zhuǎn)化領(lǐng)域：氣化、液化、燃料電池污染排放控制與廢棄物處理領(lǐng)域煤炭脫硫技術(shù)燃燒前脫硫技術(shù)：采用物理、化學(xué)、生物方法對原煤進(jìn)行清洗，將煤中的硫部分去除，使煤凈化。如重力法、浮選法、油團(tuán)聚集法、磁性分離法、靜電分離法、重液體富集法等。燃燒中脫硫：煤在爐內(nèi)燃燒時，向爐內(nèi)噴入脫硫劑（常用石灰石、熟石灰），脫硫劑的煅燒產(chǎn)物與煤燃燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫、三氧化硫發(fā)生反應(yīng)，生成鹽，最后以灰的形式排出爐外。煙氣脫硫：二氧化硫與堿性物質(zhì)反應(yīng)而從煙氣中脫出。濕法煙氣脫硫技術(shù)干法或半干法煙氣脫硫技術(shù)微生物脫硫：常壓、低于100℃的溫和條件下，利用微生物代謝過程中的氧化還原反應(yīng)達(dá)到脫硫的目的。4.3石油一、石油的成因有機(jī)成油理論無機(jī)成油理論二、石油的基本組成石油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，主要是烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、烯烴、少量有機(jī)硫化物、有機(jī)氧化物、有機(jī)氮化物、水分、礦物質(zhì)等。石蠟基石油烷烴基石油中間基石油芳香基石油三、石油的分餾處理汽油無色至淡黃色的易流動液體。石油中的輕油餾分：石油常壓蒸餾40℃至200℃餾分。根據(jù)制造過程可分為直餾汽油、熱裂化汽油、催化裂化汽油、重整汽油、焦化汽油、疊合汽油、加氫裂化汽油、裂解汽油和烷基化汽油、合成汽油等?？贡裕褐钙驮诟鞣N使用條件下抗爆震燃燒的能力。車用汽油的抗爆性用辛烷值表示。辛烷值高，抗爆性好。辛烷值：異辛烷的抗爆性較好，辛烷值給定為100，正庚烷的抗爆性差，給定為0，汽油辛烷值的測定是以異辛烷和正庚烷為標(biāo)準(zhǔn)燃料，使其產(chǎn)生的爆震強(qiáng)度與試樣相同，標(biāo)準(zhǔn)燃料中異辛烷所占的體積百分?jǐn)?shù)就是試樣的辛烷值。汽油的牌號：通常按辛烷值劃分，其數(shù)值與辛烷值相同。安定性：指汽油在自然條件下，長時間放置的穩(wěn)定性。用膠質(zhì)和誘導(dǎo)期及碘價表征。膠質(zhì)越低越好，誘導(dǎo)期越長越好，碘價表示烯烴的含量。提高汽油的辛烷值：加入添加劑：抗暴劑四乙基鉛、甲基叔丁基醚、二茂鐵、五羰基鐵改變汽油的烴類組成：重油的裂化：熱裂化、催化裂化、加氫裂化輕油的催化重整小分子的烷基化4.4天然氣主要成分是甲烷，少量乙烷及其他碳?xì)浠衔铮瘘c(diǎn)為810-2010K，爆炸范圍是5-14%。液化天然氣可燃冰：天然氣水合物（NaturalGasHydrate），是一種白色固體物質(zhì)，外形像冰。可燃冰是天然氣分子（烷類）被包進(jìn)水分子中，在海底一定條件（合適的溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、PH值等）下結(jié)晶形成的。一旦溫度升高或壓強(qiáng)降低，甲烷氣則會逸出，固體水合物便趨于崩解。（1立方米的可燃冰可在常溫常壓下釋放164立方米的天然氣及0.8立方米的淡水）易燃?xì)怏w的安全使用瓦斯：英文Gas。主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)。瓦斯爆炸：瓦斯?jié)舛仍?-16%之間，濃度為9.5％時其爆炸威力最大礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（也叫鏈鎖反應(yīng)）。當(dāng)爆炸混合物吸收一定能量（通常是引火源給予的熱能）后，反應(yīng)分子的鏈即行斷裂，離解成兩個或兩個以上的自由基。這類游離基具有很大的化學(xué)活性，成為反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行的活化中心。在適合的條件下，每一個游離基又可以進(jìn)一步分解，再產(chǎn)生兩個或兩上以上的游離基。這樣循環(huán)不已，游離基越來越多，化學(xué)反應(yīng)速度也越來越快，最后就可以發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應(yīng)。所以，瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。天然氣：主要成分是甲烷。比空氣輕。爆炸極限5-15%水煤氣：主要成分是氫氣、一氧化碳、二氧化碳、微量硫化氫。比空氣輕。爆炸極限為4.5-40%液化石油氣：主要成分是丙烷、丁烷等。比空氣重。爆炸極限2-9%。可燃?xì)怏w燃燒與爆炸危險性評價爆炸極限可燃物質(zhì)(可燃?xì)怏w、蒸氣和粉塵)與空氣(或氧氣)必須在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源才會發(fā)生爆炸，這個濃度范圍稱為爆炸極限，或爆炸濃度極限可燃性混合物能夠發(fā)生爆炸的最低濃度和最高濃度，分別稱為爆炸下限和爆炸上限。在低于爆炸下限時不爆炸也不著火，這是由于可燃物濃度不夠，過量空氣的冷卻作用，阻止了火焰的蔓延；在高于爆炸上限不會發(fā)生爆炸，但會著火，這是由于空氣不足，導(dǎo)致火焰不能蔓延。爆炸極限氣體或蒸氣的爆炸極限的單位，是以在混合物中所占體積的百分比(％)來表示，可燃粉塵的爆炸極限是以混合物中所占體積的質(zhì)量比g／m3來表示同一混合系，由于初始溫度、系統(tǒng)壓力、惰性介質(zhì)含量、混合系存在空間及器壁材質(zhì)以及點(diǎn)火能量的大小等的都能使爆炸極限發(fā)生變化。一般規(guī)律是：混合系原始溫度升高，則爆炸極限范圍增大，即下限降低、上限升高。因?yàn)橄到y(tǒng)溫度升高，分子內(nèi)能增加，使原來不燃的混合物成為可燃、可爆系統(tǒng)。系統(tǒng)壓力增大，爆炸極限范圍也擴(kuò)大，這是由于系統(tǒng)壓力增高，使分子間距離更為接近，碰撞幾率增高，使燃燒反應(yīng)更易進(jìn)行。壓力降低，則爆炸極限范圍縮??；當(dāng)壓力降至一定值時，其上限與下限重合，此時對應(yīng)的壓力稱為混合系的臨界壓力。壓力降至臨界壓力以下，系統(tǒng)便不成為爆炸系統(tǒng)(個別氣體有反常現(xiàn)象)。混合系中所含惰性氣體量增加，爆炸極限范圍縮小，惰性氣體濃度提高到某一數(shù)值，混合系就不能爆炸。容器、管子直徑越小，則爆炸范圍就越小。當(dāng)管徑(火焰通道)小到一定程度時，單位體積火焰所對應(yīng)的固體冷卻表面散出的熱量就會大于產(chǎn)生的熱量，火焰便會中斷熄滅?；鹧娌荒軅鞑サ淖畲蠊軓椒Q為該混合系的臨界直徑。點(diǎn)火能的強(qiáng)度高、熱表面的面積大、點(diǎn)火源與混合物的接觸時間不等都會使爆炸極限擴(kuò)大。除上述因素外，混合系接觸的封閉外殼的材質(zhì)、機(jī)械雜質(zhì)、光照、表面活性物質(zhì)等都可能影響到爆炸極限范圍。最小點(diǎn)火能是指能引起爆炸性混合物燃燒爆炸時所需的最小能量。閃點(diǎn)在穩(wěn)定的空氣環(huán)境中，可燃性液體或固體表面產(chǎn)生的蒸氣在試驗(yàn)火焰作用下被閃燃時的最低溫度叫閃點(diǎn)?？扇家后w揮發(fā)的蒸汽與空氣混合達(dá)到一定濃度遇明火發(fā)生一閃即逝的燃燒，或者將可燃固體加熱到一定溫度后，遇明火會發(fā)生一閃即滅的閃燃現(xiàn)象，叫閃燃。物質(zhì)名稱最小點(diǎn)火能mJ氫氣0.019甲烷0.25乙烷0.25環(huán)氧乙烷0.065乙烯0.096爆炸壓力可燃?xì)怏w、可燃液體蒸汽、可燃粉塵與空氣的混合物，爆炸物品在密閉容器中著火爆炸時所產(chǎn)生的壓力稱爆炸壓力爆炸壓力的最大值稱最大爆炸壓力。名稱爆炸極限（體積%）最大爆炸壓力㎏／㎝2爆炸危險度下限（L）上限(U)標(biāo)準(zhǔn)汽油1.17.08.55.4氫4.075.67.417.9甲烷5.015.07.22.0液化石油氣（概略值）1.89.08.64.0義馬煤制氣（焦?fàn)t煤氣與此類似）4.9(5)35.6(35)7.06.4乙炔

1.582.010353.74.5化學(xué)電源化學(xué)電源：利用化學(xué)反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。一、化學(xué)電源的原理及特點(diǎn)Zn→Zn2++2eCu2++2e→Cu（-）Zn∣ZnSO4‖CuSO4∣Cu（+）化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的必要條件：在化學(xué)電源中發(fā)生的化學(xué)過程是有電子得失的氧化還原過程給予適當(dāng)?shù)难b置使反應(yīng)分別在兩個電極上進(jìn)行，電子必須通過外線路做功電池一般由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、容器、隔膜等組成?；瘜W(xué)電源的特點(diǎn)：化學(xué)能的利用率高容易提高比能量比能量：單位電源設(shè)備總質(zhì)量所輸出的總能量，W·h·Kg-1易小型化：功率、體積堿性MnO2、ZnCl2、NH4Cl、H2O碳（石墨）正極Zn負(fù)極中性二、常用化學(xué)電池1.一次電池--原電池只能使用一次的化學(xué)電源放電容量大小主要與電極活性物質(zhì)有關(guān)（1）中性鋅-二氧化錳電池（-）Zn∣ZnCl2，NH4Cl（糊狀）∣MnO2（石墨）（+）

電池電動勢為1.5V（2）堿性鋅-二氧化錳電池（-）Zn∣KOH，[Zn（OH）4]2-∣MnO2（+）電容量較中性干電池大3-5倍。（3）鋅-氧化汞電池（-）Zn（Hg）∣KOH（糊狀，含飽和ZnO）∣HgO（Hg）（+）絕緣體鋼套的鋅殼多孔隔離物Zn（OH）2和HgO在KOH溶液中的糊狀物汞或汞齊2.二次電池--蓄電池放電后可以充電再用的化學(xué)電源充電和放電蓄電池一次放電的容量取決于電池內(nèi)部所含電極活性物質(zhì)的量和利用率充放電循環(huán)次數(shù)取決于電極的可逆性及隔膜和結(jié)構(gòu)材料等在充放電循環(huán)過程中的穩(wěn)定性（1）鉛-酸蓄電池正極：活性物質(zhì)二氧化鉛負(fù)極：海綿狀鉛電解液：硫酸水溶液PbO2+Pb+2H2SO4→PbSO4+2H2O2.06-2.08V；廉價；比能量低；自放電大。（2）堿式鎘-鎳電池負(fù)極：金屬鎘正極：氧化鎳電解液：KOH或NaOH水溶液（-）Cd∣KOH（或NaOH）∣NiOOH（+）1.2V；使用壽命長，自放電小，低溫性能好（3）銀-鋅蓄電池（-）Zn∣KOH（40%）∣Ag2O（Ag）（+）工作電壓穩(wěn)定，約1.5V；比能量高；內(nèi)阻??；價格貴，循環(huán)壽命短，低溫性能較差。（4）氫-鎳電池正極：鎳化氫負(fù)極：氫電池電解液：KOH7mol/L和LiOH15g/L放電：MH+NiOOH→M+Ni（OH）2M為儲氫合金，MH為吸附了氫原子的儲氫合金。常用儲氫合金為LaNi5循環(huán)壽命長；承受過充電和過放電的能力強(qiáng)；初始成本高；自放電速度較大（5）鋰電池正極材料常選用MnO2或CuO選用非水電解液可以制成一次電池，也可制成二次電池比能量高，使用溫度范圍寬，體積小，電壓隨放電時間緩慢下降，可預(yù)示電池使用壽命。短路或某些重負(fù)荷條件下有發(fā)生爆炸的可能性3.燃料電池燃料電池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大約160年的歷史。燃料電池是一類連續(xù)地將燃料氧化過程的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的電化學(xué)電池。以如氫、肼、烴、天然氣等燃料作為負(fù)極活性物質(zhì)以氧氣、空氣等氧化劑作為正極活性物質(zhì)。能量轉(zhuǎn)換效率高，電池能長時間持續(xù)運(yùn)行，污染小，噪音低；成本高。燃料電池按電解質(zhì)劃分已有6個種類得到了發(fā)展，即堿性燃料電池（AlkalineFuelCell,AFC）磷酸鹽型燃料電池（PhosphoricAcidFuelCell,PAFC）熔融碳酸鹽型燃料電池（MoltenCarbonateFuelCell,MCFC）固體氧化型燃料電池（SolidOxideFuelCell,SOFC）固體聚合物燃料電池（SolidPolymerFuelCell,SPFC,又稱為質(zhì)子交換膜燃料電池，ProtonExchangeMembraneFuelCell,PEMFC）生物燃料電池（BEFC）。按工作溫度：工作溫度從室溫到373K(100℃)的為常溫燃料電池，如SPFC；工作溫度在373K(100℃)～573K(300℃)之間的為中溫燃料電池，如PAFC；工作溫度在873K(600℃)以上的為高溫燃料電池，如MCFC和SOFC。電池與代號堿性燃料電池

AFC磷酸型燃料電池

PAFC固體高分子型質(zhì)子膜燃料電池PEMFC熔融碳酸鹽型燃料電池MCFC固體氧化型燃料電池SOFC工作溫度/℃60-120180-21080-100600-700900-1000燃料高純H2H2

H2

H2-COCH4

H2-COCH4

氧化劑高純O2空氣空氣空氣+CO2

空氣電解質(zhì)KOHH3PO4質(zhì)子交換膜(K,Li)2CO3

Y2O3,ZrO2

陽極催化劑PtPtPtNiNi,ZrO2

陰極催化劑PtPtPtNiOLa-Sr-MnO2

4.6核能19世紀(jì)末英國物理學(xué)家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子。1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線。1896年法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了放射性。1898年居里夫人發(fā)現(xiàn)新的放射性元素釙。1902年居里夫人經(jīng)過4年的艱苦努力又發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳。1905年愛因斯坦提出質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式。1914年英國物理學(xué)家盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)，確定氫原子核是一個正電荷單元，稱為質(zhì)子。1935年英國物理學(xué)家查得威克發(fā)現(xiàn)了中子。1939年德國科學(xué)家奧托哈恩用中子轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。1942年12月2日美國芝加哥大學(xué)成功啟動了世界上第一座核反應(yīng)堆。1945年8月6日和9日美國將兩顆原子彈先后投在了日本的廣島和長崎1954年蘇聯(lián)建成了世界上第一座核電站--奧布靈斯克核電站。核能：是指原子核里的核子（中子或核子）重新分配和組合時釋放出來的能量。核裂變能：重元素（如鈾、钚等）的原子核發(fā)生裂變時釋放出來的能量核聚變能：輕元素（氘、氚）的原子核在發(fā)生聚變反應(yīng)時釋放出來的能量核能的優(yōu)點(diǎn)：核能是高度濃集的能源，又是地球上儲量最豐富的能源核電是清潔能源核電的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于火電以核燃料代替煤和石油，可將煤和石油完全作為化工原料，有利于資源的合理利用。一、原子核的結(jié)構(gòu)和核能1.原子核的結(jié)構(gòu)核子核力質(zhì)量虧損原子核的結(jié)合能每個核子的平均結(jié)合能（比結(jié)合能）核力核力是使核子組成原子核的作用力核力屬于強(qiáng)相互作用力的一類。原子核中有中子、質(zhì)子，質(zhì)子是帶正電的，所以質(zhì)子之間會互相排斥，是非常強(qiáng)大的核力將它們吸引在一起，使它們在非常小的區(qū)域形成原子核。核力的特點(diǎn)：短程力，核力只有在原子核的線度內(nèi)才發(fā)生作用．強(qiáng)相互作用，質(zhì)子間產(chǎn)生庫侖斥力，而核力能抗拒庫侖斥力而使質(zhì)子緊密結(jié)合在一起，這說明核力很強(qiáng)，它比庫侖力大100倍，核力與核電荷無關(guān)，質(zhì)子間的核力，中子間的核力，及質(zhì)子與中子間的核力都相等，核子不能無限靠近，即核力除表現(xiàn)為引力之外，在某些情況下表現(xiàn)為斥力．大體上說核子間的距離在0.8-1.5費(fèi)米(1費(fèi)米)之間表現(xiàn)為引力；小于0.8費(fèi)米表現(xiàn)為斥力，大于4-5費(fèi)米時核力急劇下降，幾乎消失；大于10費(fèi)米時，核力消失．核力也是一種交換力，核子之間通過交換p介子而發(fā)生強(qiáng)相互作用，此類似于光子是電磁相互作用的傳播者．核力是飽和性，這種飽合性使得原子核和水一樣，呈現(xiàn)不可壓縮性，即原子核的密度近似為常數(shù)．原子核的質(zhì)量總小于組成原子核的各個粒子質(zhì)量的總和--質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能公式：△E=△mc2

例：氦原子核的靜止質(zhì)量為4.00150U1個質(zhì)子的靜止質(zhì)量為1.00728U1個中子的靜止質(zhì)量為1.00728U（原子質(zhì)量單位U：等于碳12的一個中性原子處于基態(tài)時靜止質(zhì)量的1/12。通過實(shí)驗(yàn)測得1U=1.6605×10-27千克）所以，E=0.0304×1.6605×10-27×（2.99793×108）2=4.5369×10-12J所以，由質(zhì)子和中子組成1mol氦核產(chǎn)生的能量為：6.02217×1023×4.5369×10-12=2.7322×1012J·mol核反應(yīng)核衰變：自發(fā)過程核裂變核聚變2.核裂變用中子轟擊較重原子核，使之分裂成較輕原子核的反應(yīng)。如U235、U238、Pu239等例：1g鈾235釋放出的能量為8.1×107KJ鏈反應(yīng)裂變臨界能和臨界體積原子彈3.核聚變核聚變是使很輕的原子核在異常高的溫度下合并形成較重的原子核的反應(yīng)。又稱熱核反應(yīng)。1g核燃料產(chǎn)生的能量為3.37×108KJ氫彈二、核能的開發(fā)和利用1.核電站反應(yīng)堆是核電站的核心。反應(yīng)堆由堆芯、冷卻系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)、反射層、屏蔽系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成原子核反應(yīng)堆可分為熱中子反應(yīng)堆堆芯內(nèi)有慢化劑，如水、鈹、石墨、重水等。沸水堆、壓水堆、重水堆、石墨堆核燃料的利用率很低快中子增值堆使反應(yīng)堆中的鈾238轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39廢料的處理、燃料初裝量大、倍增時間長可控聚變堆必要條件：反應(yīng)溫度達(dá)一億攝氏度，并且此時處于高溫等離子態(tài)的反應(yīng)物不能與器壁碰撞；等離子體約束時間要達(dá)到1s；等離子體密度要達(dá)到每立方厘米500萬億個。目前還處于基礎(chǔ)研究階段壓水堆核電站發(fā)電原理2.核武器原子彈：重核裂變鈾235、钚239氫彈：輕核聚變氘、氚、氘化鋰-6中子彈：中子和γ射線3.核潛艇：以壓水堆作為核動力裝置4.原子核反應(yīng)堆燃料的制備和處理豐度：鈾235為0.714%，鈾238為99.28%，鈾233為0.006%破碎的礦石用硫酸或碳酸鈉等溶劑將鈾浸出→萃取、離子交換、焙燒→八氧化三鈾（黃餅，70-90%）→轉(zhuǎn)化為UF6→濃縮（氣體擴(kuò)散法、氣體離心法、激光法）4.7清潔能源一、太陽能1.光-熱轉(zhuǎn)換：用集光器或集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能。太陽能熱水器太陽房太陽能熱電站2.光-電轉(zhuǎn)換：將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能基本原理：光電效應(yīng)太陽能電池：硅太陽能電池（單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池）、化合物半導(dǎo)體太陽能電池、有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池3.光-化學(xué)轉(zhuǎn)換：將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為化學(xué)能光合作用目前只要研究利用太陽能制氫：熱化學(xué)制氫法、光電解電池制氫法4.太陽能的優(yōu)勢：開采使用方便；環(huán)保安全；技術(shù)和應(yīng)用都有巨大發(fā)展?jié)摿?；?jīng)濟(jì)。二、氫能1.優(yōu)勢：資源豐富；污染較小；氫燃燒速度快，熱值大；氫能能夠儲存；氫能