文档介绍：第一部分化学与能源
篇首语
在高等学校普通化学课程中,化学反应中的基本原理包括:反应中的能量转
换、反应进行方向、化学平衡、反应速率、溶液和电化学等几部分内容。化学能是
当今社会人类所需能量的主要来源之一。研究和开发化学能是当前促进人类进
步和社会发展的重要课题。
能源指可从中获取各种形式能量的资源。当代科学技术发展中的三大物质
条件是物质流、能量流和信息流,能源是能量流的核心之一,也是人类赖以生存
的关键基础物质之一。
能源储备量的多少和能源利用技术水平的高低是衡量一个国家经济发达程
度的一个重要标志。我国煤炭储量居世界第一, 以上能源来自煤炭。但煤
是化石燃料中污染重、热效率较低的固体燃料。煤和其它化石燃料的开采,造成
对土地资源的严重损害,酿成祸根。近年,我国和世界各国一样,在努力挖掘新
能源的同时,致力于研究和开发高效、清洁地使用现有各种能源的新技术和新材
料,以期实现能源、环保和高技术的协调、可持续发展。
化学反应放热是一种不可忽视的化学能源。对于一个放热的化学反应,一
方面反应本身要求维持反应温度,需将反应热及时转移,保证最大限度地获得目
的产物;另一方面放出的热又是可以利用的能量,一举两得。
值得强调的是,对于系统中有气体物质参与的放热反应,如反应热未能及时
转移,不仅对生产不利、浪费资源,而且极易发生危险。反应热积累使系统温度
升高,反应不能按着预先设计的方案、路线进行,得不到理想的目的产物;同时温
度变化引起气体体积膨胀,当气体压力增大到超过反应器所能承受的最大压力
时,即发生爆炸,造成巨大的损失。
在实际工作中,常因科研或者生产需要,要配制某种溶液。事情虽简单,但
若稍有疏忽也会出问题。年夏季,某高校科研课题组在用醋酸酐和高氯酸
配制某种腐蚀液时,溶解热未能及时转移,加之高氯酸的强氧化性,使系统的温
度瞬时升高,溶液突然猛烈沸腾溅出,酸气弥漫。幸亏是在敞口容器中、配制的
溶液量少,操作人员得以及时躲避,否则后果可想而知。
始于世纪的化学电源也是一种不可缺少的重要能源。化学电源是一种
直接把化学能转变成低压直流电能的装置,实际上是一种小型直流发电器,也是
一种能量转换器。唯它独具的特点是能量转换一步到位,不需任何中间环节,因
此转换效率高,实际能量转换效率以上。燃料电池高达以上,是煤炭
发电转换效率的倍。
化学电源还有很多其他优点:无污染物排放、便于携带、使用简便;电池的容
量、电流、电压等可在相当的范围内变动;形状和大小可根据需要制作;能在冲
击、震动、旋转、高温等条件下正常提供电能;无噪声等。这种既传统又高新的方
便能源,在科技高度发展的今天,其种类和品种不断有所创新,每每有新产品问
世。电池分类方法多种多样。常说的号、号、号电池和纽扣电池等是从电
池的大小和外形上分类称谓的。从构成成分上分类则有:锌二氧化锰、金属
空气、氢镍硫等电池;锂电池、燃料电池;镉镍等蓄电池;锂离子二次电池以
及热激活电池和水激活电池,等等。
化学电源的应用广及各个领域。在太空遨游的人造卫星、宇宙飞船等航天
工具和空间站;在天空飞行的导弹、火箭、飞机;陆地上的汽车、火车、拖拉机、坦
克;水上航行的船只、潜水艇、鱼雷;地下采矿、原油勘探;传递讯号的信息工具:
无线电定位、无线电通讯、遥测遥控、移动电话、便携式计算机、随身听、摄像机;
甚至玩具、音乐贺卡等。举不胜举。凡是固定电源线路网不能覆盖的用电处,都
可能需要化学电源来充当用电设备的电源。
各种类型可移动电器和用电设备需求量将越来越大,化学电源的需求量必
将随之增大。我国每年有大量电池出口国外。广阔的市场发展前景吸引了越来
越广泛的关注。对它的技术要求也更高:质量轻、体积小、容量大、寿命长、抗干
扰性能好、价格低廉等。
化学已为能源的开发和利用作出了自己的贡献。新世纪,化学必将一如既
往地与其他学科一道,推动新能源、新技术的应用与发展。
本部分实验有个:
化学反应热的测定;
人造能源固体乙醇的制备;
化学电源与电解。
通过实验学会化学反应热的测量、化学能源的原理,了解电能的应用。积极
思考如何投身于创造新技术、新材料,为在新世纪能源开发利用的舞台上大显身
手作好准备。
实验化学反应热的测定
一、实验导言
任何应用化学反应的生产过程和科学研究都要清楚反应热以及其它相关热
力学数据。原因主要有如下几点: 保证反应正常、安全进行; 合理设计
反应设备、热交换装置; 合理利用能源。那么,如何预先清楚反应热?一般
有两种方法:一是通过查阅手册得到;二是在实验室通过实验测定。尤其是后
者,在真正解决实际问题时,要在查得数据的基