普通化学-第1章-热化学与能源课件.ppt

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1、1,教学目标：了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热力学能变的关系。掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况、燃料的热值和可持续发展战略。,Lecture 1,2,重点:(1)热化学基本概念：状态函数，可逆过程，化学计量数，反应进度，反应热和焓。(2)定容热效应的测量原理和方法。(3)热力学第一定律和盖斯定律及其应用。(4)定压热效应(qp)与反应焓变的关系、定容热效应(qv)与热力学能变的关系。(5)化学反应的标准摩尔焓变的计算。,3,难点:(1)状态函数的性质。(2)

2、qp与反应焓变的关系、qV与热力学能变的关系。,4,化学反应发生时，伴随有能量的变化，通常多以热的形式放出或吸收。燃料燃烧所产生的热量和化学反应中所发生的能量转换和利用都是能源的重要课题。热化学？研究化学反应中热与其它能量变化的定量关系的学科。,1.1 反应热的测量,5,系统：作为研究对象的那一部分物质和空间。环境：系统之外，与系统密切联系的其它物质和 空间。,开放系统有物质和能量交换,封闭系统只有能量交换,1.1.1 几个基本概念,1.系统与环境,图1.1 系统的分类,隔离系统无物质和能量交换,6,注意以下几点:,(1)系统与环境之间的关系主要是物质和能量交换。系统的边界有多种多样。可以是实

3、际的，也可以是假想的。如刚性壁，活动壁，绝热壁，透热壁，半透壁。(3)不同系统有不同的环境，常用热源这一概念描述。,7,2.相(phase),系统中任何物理和化学性质完全相同的、均匀部分称为相。根据相的概念，系统可分为：,单相（均匀）系统多相（不均匀）系统,相与相之间有明确的界面。,8,气体物质及其混合物：单相。液体物质：如相互溶解，则形成一个相（如酒精与水）；如互不相溶，混合时，则形成有明显界面分开的两个液相（如四氯化碳和水）。固态物质：较为复杂，它有晶态和非晶态之分，晶态中又有多种结构，分属不同的相。,9,思考：(1)101.325kPa，273.15K(0)下，H2O(l),H2O(g)

4、和H2O(s)同时共存时系统中的相数为多少？(2)CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)并达到平衡的系统中的相数为多少？,答案:(1)在此条件下，存在3相（气、液、固各一相)。(2)3相（气体1相，固体2相）。,10,3.状态与状态函数(state and state function),状态是系统一切性质的总和。有平衡态和非平衡态之分。,如系统的宏观性质都处于定值，则系统为平衡态。状态变化时，系统的宏观性质也必然发生部分或全部变化。,11,状态函数的性质,状态函数是状态的单值函数。当系统的状态发生变化时，状态函数的变化量只与系统的始、终态有关，而与变化的实际途径无关。,图1.2 状

5、态函数的性质,以下例子说明：当系统由始态变到终态时，系统的状态函数压力p和体积V的变化量与途径无关。,12,状态函数的三个特点：状 态一定，其值一定；殊途同归，值变相等；周而复始，值变为零。,13,广度性质和强度性质,状态函数可分为两类：,广度性质：具有加和性，如体积、质量等。,强度性质：不具有加和性，如温度、压力等。,思考：力和面积是什么性质的物理量？它们的商即压强(热力学中称为压力)是强度性质的物理量。由此可以得出什么结论？,推论：摩尔体积(体积除以物质的量)是什么性质的物理量？,答：力和面积都是广度性质的物理量。结论是两个广度性质的物理量的商是一个强度性质的物理量。,14,4.过程与途径

6、,系统状态发生任何的变化称为过程。,实现一个过程的具体步骤称途径。,思考：过程与途径的区别。,设想如果你要把20 的水烧开，要完成“水烧开”这个过程，你可以有多种具体的“途径”：如可以在水壶中常压烧；也可以在高压锅中加压烧开再降至常压。,15,5.化学计量数,一般用化学反应计量方程表示化学反应中质量守恒关系，通式为：,B 称为B 的化学计量数。符号规定：反应物：B为负；产物：B为正。,例：应用化学反应通式形式表示下列合成氨的化学反应计量方程式：N2+3H2 2NH3,解：用化学反应通式表示为：0=-N2-3H2+2NH3,16,对于同一个化学反应，化学计量数与化学反应方程式的写法有关。例：N2

7、(g)+3H2(g)2NH3(g)v(N2)-1，v(H2)-3，v(NH3)2 1/2N2(g)+3/2H2(g)NH3(g)v(N2)-1/2，v(H2)-3/2，v(NH3)1,17,6.反应进度,反应进度 的定义：,的单位是摩尔(mol)，它与化学计量数的选配有关。,nB 为物质B的物质的量，d nB表示微小的变化量。,思考：反应进度与化学反应方程式的书写有关吗？,答：有关。如对于反应 N2+3H2=2NH3，当有1mol NH3生成时，反应进度为0.5mol。,则反应进度为1 mol。,若将反应写成,18,反应进度的值为正值。反应进度只与化学反应方程式的写法有关，而与选择系统中何种物

8、质来表达无关。换句话说，引入反应进度这个量的最大优点是在反应进行到任意时刻时，可用任一反应物或产物来表示反应进行的程度，所得的值总是相等的。,19,例：N2(g)3H2(g)2NH3(g)反应前物质的量n1/mol 10 30 0 反应某时刻物质的量n2/mol 8 24 4 n2(N2)n1(N2)/v(N2)(810)mol/(1)2 mol或 n2(H2)n1(H2)/v(H2)(2430)mol/(3)2 mol或n2(NH3)n1(NH3)/v(NH3)(40)mol/22 mol,20,对于同一反应，反应式写法不同，vB就不同，因而值不同。例：1/2N2(g)3/2H2(g)NH3

9、(g)反应前物质的量n1/mol 10 30 0 反应某时刻物质的量n2/mol 8 24 4 n2(N2)n1(N2)/v(N2)(810)mol/(1/2)4 mol当涉及到反应进度时，必须指明化学反应方程式。当1 mol时，表示进行了1 mol化学反应，或简称摩尔反应。,21,1.1.2 反应热的测量,反应热:化学反应过程中系统放出或吸收的热量。热化学规定：系统放热为负，系统吸热为正。,摩尔反应热:当反应进度为1 mol时系统放出或吸收的热量。,(等容)反应热可在弹式量热计中精确地测量。测量反应热是热化学的重要研究内容。,图1.3 弹式量热计,Lecture 2,22,1.反应热的实验测

10、量方法,设有n mol物质完全反应，所放出的热量使弹式量热计与恒温水浴的温度从T1上升到T2，弹式量热计与恒温水浴的热容为Cs(JK-1)，比热容为cs(JK-1kg-1)，则：,由于完全反应，=n因此摩尔反应热：,q为一定量反应物在给定条件下的反应热效应；cs表示溶液的比热容；ms为溶液的质量；Cs为溶液的热容，Cs csms 对于反应热q，负号表示放热，正号表示吸热。,23,思考：反应热有定容反应热和定压反应热之分。前者的反应条件是恒容，后者的反应条件是恒压。用弹式量热计测量的反应热是定容反应热还是定压反应热？,答：定容反应热,24,弹式量热计所吸收的热分为两个部分：(1)加入的水所吸收的

11、热；q(H2O)=c(H2O)m(H2O)T C(H2O)T,图1.3 弹式量热计,(2)钢弹及内部物质和金属容器(简称钢弹组件)等所吸收的热。qbCb T,25,反应所放出的热等于水所吸收的热和钢弹组件所吸收的热之和：q-q(H2O)+qb-C(H2O)T Cb T-C T,26,例：联氨燃烧反应：N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)已知：,解：燃烧0.500g联氨放热为,27,2.热化学方程式,表示化学反应与热效应关系的方程式。其标准写法是：先写出反应方程，再写出相应反应热，两者之间用分号或逗号隔开。例如：,N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)；,2H2

12、(g)+O2(g)=2H2O(l)；,若不注明T,p,皆指在T=298.15 K，p=100kPa下。,28,反应热与反应式的化学计量数有关；,一般标注的是等压热效应qp。,思考：qp与qv相同吗？,答案：不相同。,书写热化学方程式时应注意：,标明反应温度、压力及反应物、生成物的量和状态；,29,1.2 反应热的理论计算,并不是所有的反应热都可以实验测定。例如反应：,2C(s)+O2(g)=2CO(g),思考：为什么上述反应的反应热无法实验测定？,答案：实验过程中无法控制生成产物完全是CO。,只能用理论方法来计算该反应的反应热。,30,1.2.1 热力学第一定律,封闭系统，不做非体积功时，若系

13、统从环境吸收热q，从环境得功w，则系统热力学能的增加U(U2 U1)为：,U=q+w,热力学第一定律：实质是能量守恒定律在热力学中的的应用。“第一类永动机不可能制成”是热力学第一定律的另一种表述。,其中，热力学能从前称为内能。,31,1.热力学能(U),系统内部运动能量的总和。内部运动包括分子的平动、转动、振动以及电子运动和核运动。,思考：同样的物质，在相同的温度和压力下，前者放在10000m高空，以400m/s飞行的飞机上，后者静止在地面上，两者的内能相同吗？,答：相同。,内能的特征：状态函数；无绝对数值；广度性质。,由于分子内部运动的相互作用十分复杂，因此目前尚无法测定内能的绝对数值。,3

14、2,2.热(q),在物理或化学变化的过程中，系统与环境存在温度差而交换的能量称为热。,热量q不是状态函数,33,3.功与体积功,功：在物理或化学变化的过程中，系统与环境除热以外的方式交换的能量都称为功。,功的符号规定：（注意功符号的规定尚不统一）系统得功为正；系统作功为负。,体积功：由于系统体积发生变化而与环境所交换的功称为体积功w体。所有其它的功统称为非体积功w。,功w不是状态函数。,思考：1mol理想气体，密闭在 1)气球中，2)钢瓶中；将理想气体的温度提高20C时，是否做了体积功？,答：1)做体积功；2)未做体积功。,w=w体+w,34,热是由于系统间的温差，功则是因系统间的力差而引起的

15、能量传递。热和功有两点是相同的：(1)热和功都是能量；(2)热和功都不是系统的状态函数。功是有序能，而热是无序能。因此，功能够完全转化为热，而热却不能完全转换为功。功分为体积功和非体积功。无论是压缩还是膨胀，体积功都为：pV p(V2 V1),热与功的比较：,35,1.2.2 化学反应的反应热与焓,通常把反应物和生成物具有相同温度时，系统吸收或放出的热量叫做反应热。,根据反应条件的不同，反应热又可分为两种：,定容反应热恒容过程：体积功w体=0，不做非体积功（w=0）时，w=w体+w=0，qV=U,定压反应热恒压过程：不做非体积功时，w体=p(V2V1)，qp=U+p(V2V1),36,1.焓,

16、qP=U+p(V2 V1)=(U2-U1)+p(V2 V1)=(U2+p 2V2)(U1+p 1V1),令 H=U+p V则 qp=H2 H1=H,H 称为焓，是一个重要的热力学函数。H 叫焓变。,思考：焓是状态函数吗？能否知道它的绝对数值？,答：H是U和p、V的一种组合形式，因此也是系统的状态函数，但不能知道它的绝对数值。,37,公式qp=H 的意义：1）等压热效应即为焓的增量，故qP也只决定于始终态，而与途径无关。2）可以通过H的计算,求出化学反应的qP值。,38,2.定容反应热与定压反应热的关系,已知定容反应热：qV=U；定压反应热：qp=Up+p(V2 V1)等温过程，Up UV,对于

17、有凝聚相参与的理想气体反应，由于凝聚相相对气相来说，体积可以忽略，因此在上式中，只需考虑气体的物质的量。,则：H U=qp qV=p(V2 V1),39,思考：若反应 C(石墨)+O2(g)CO2(g)的qp,m为393.5kJmol 1，则该反应的qV,m 为多少？,答：该反应的n(g)=0，qV=qp,小结：1)对于没有气态物质参与的反应或n(g)=0的反应，qV qp2)对于有气态物质参与的反应，且n(g)0时，qV qp,40,因为 pV nRT 若任一气体的物质的量变化为n(Bg)，则,例：aA(g)+bB(g)gG(g)+dD(g),化学反应的摩尔热力学能变rUm和摩尔焓变rHm的

18、基本单位均为kJmol-1,41,例：在100和101.325 kPa下，由1mol H2O(l)汽化变成1 mol H2O(g)。在汽化过程中H 和 U 是否相等？若H 等于40.63kJmol-1，则U为多少？解：H2O(l)H2O(g)(1)水汽化，有体积功。所以 H U(2)U H RT 40.63(10)(8.314/1000)(273.15+100)40.633.1037.53kJmol-1,42,在通常情况下，反应或过程的体积功的绝对值小于5 kJmol-1。若H数值较大，则 H U,43,3.盖斯定律(Hesss Law）,问题的提出：1)测得的热效应常是qv，而不是qp；2)

19、有些反应热效应，难以直接用实验测定。,44,1840年，G.H.Hess总结出的反应热总值一定定律。盖斯定律：化学反应的恒压或恒容反应热只与物质的始态或终态有关而与变化的途径无关。,始态C(石墨)+O2(g),终态CO2(g),中间态CO(g)+O2(g),即热化学方程式可像代数式那样进行加减运算。,45,盖斯定律的应用：,盖斯定律适用于恒压或恒容条件。应用盖斯定律，可以计算一些很难直接用或尚未用实验方法测定的反应热。,46,盖斯定律示例：,由盖斯定律知：若化学反应可以加和，则其反应热也可以加和。,解：,47,化学热力学中规定：标准压力：p100kPa。标准浓度：m 1.0mol.kg-1)；

20、c1moldm-3。“”表示“标准”，可读作“标准”。,1.2.3 反应标准摩尔焓变的计算,1.热力学标准状态,Lecture 3,48,气体物质的标准态：在标准压力p 下表现出理想气体性质的纯气体状态。,溶液中溶质B的标准态:在标准压力 p 下，质量摩尔浓度为m(1.0mol.kg-1),并表现出无限稀溶液中溶质的状态;近似采用c=1.0 mol.dm-3。,液体或固体的标准态:在标准压力 p 下的纯液体或纯固体。,49,标准条件：标准压力及标准浓度。标准状态：某物质在标准条件下的状态。标准摩尔生成焓：在标准状态时，由指定的单质生成单位物质的量的纯物质时反应的焓变叫做该物质的标准摩尔生成焓，

21、记作fHm。规定：任何指定的单质的标准摩尔生成焓为零。(实际上是指定单质的相对焓值为零)“指定单质”：一般为最稳定的单质，如H2(g),N2(g),Cl2(g),Br2(l),C(石墨)，S(正交)，Na(s)等。但是磷较为特殊，指定为P(白磷)，而不是热力学上更稳定的红磷。,2.标准摩尔生成焓,50,298.15K时的数据可以从教材的附录3（或其它手册）中查到。符号：fHm(298.15K)，习惯简写为：fH(298.15K)生成焓的负值越大，表示该物质的键能越大，对热越稳定。H2(g)+O2(g)H2O(l)fH(298.15K)285.8kJmol-1 fH(H2O,l,298.15K)

22、285.8kJmol-1,51,水合离子的相对焓值：水合氢离子：H3O+H+(aq)规定：水合氢离子的标准摩尔生成焓为零。fH(H+,aq,298.15K)0,52,答：（2）不是,53,3.反应的标准摩尔焓变的计算,在标准条件下反应的摩尔焓变叫做反应的标准摩尔焓变。以rHm表示，简写为H,54,aA(l)+bB(aq)=gG(s)+dD(g)H(298.15K)gfH(G,s,298.15K)d fH(D,g,298.15K)afH(A,l,298.15K)b fH(B,aq,298.15K),注意：H 的数值与反应方程式的写法有关。,55,H(298.15K)1117.1 kJmol-1,

23、表明：在298.15K和标准条件下，按上述化学反应方程式进行1mol反应：,放出1117.1 kJ的热量。,56,反应式两侧同乘 3/4,H(298.15K)1117.1(3/4)837.8 kJmol-1,57,表明在298.15K和标准条件下，1mol 反应：,放出837.8 kJ的热量。,58,反应式两侧同乘 3/2,H(298.15K)1117.1(3/2)1675.7 kJmol-1,59,表明在298.15K和标准条件下，1mol反应：,放出1675.7 kJ 的热量。,因此，在写H(298.15K)的数值时，应指明与之相应的反应方程式。,60,温度对rH 的值有影响，但一般变化不

24、大。例：SO2(g)+O2(g)SO3(g)H(298.15K)98.9 kJmol-1 H(873.15K)96.9 kJmol-1,在近似估算中，可把H(298.15K)作为其它温度T时的H(T)，即 H(T)H(298.15K),61,注意事项：,查表时要注意物质的聚集状态；,公式中化学计量数与反应方程式相符；,数值与化学计量数的选配有关；,f H(298.15K)的数值有正、有负；,反应的焓变基本不随温度而变。,62,思考：正反应与逆反应的反应热的数值相等，符号相反。对吗？,答：对。这 也是热化学定律的重要内容。,63,例：设反应物和生成物均处于标准状态，计算1mol乙炔完全燃烧放出的

25、能量。,解：从手册查得298.15K时，各物质的标准摩尔生成焓如下。,标准摩尔反应焓变计算示例,64,解：Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)fH(298.15K)/(kJmol-1)0 64.77-153.89 0H(298.15K)fH(Zn2+,aq,298.15K)fH(Cu,s,298.15K)fH(Zn,s,298.15K)fH(Cu2+,aq,298.15K)(153.89)+00 64.77 218.66 kJmol-1,例：计算反应：Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)的标准焓变H(298.15K),并简单说明其意义。,意义：该氧化

26、还原反应能放出相当大的能量，在电池反应中这部分能量与反应的电功之间存在着一定的转换关系。,65,1.3 常见能源及其有效与清洁利用,能源是自然界中为人类提供能量的物质资源。,能源是当今社会的三大支柱（材料、能源、信息）之一。,能源是我们赖以生存的重要物质基础。,66,1.3.1 世界能源的结构与能源危机,1.能源的分类,表1.2 能源的分类,67,2.世界能源的结构和消耗,世界消耗的一次能源结构,68,3.能量消耗前六名的国家,世界六国消耗的一次能源比例及总比例（占世界）,趋势（比例）：石油和天然气下降；煤炭上升；核电上升。,69,4.能源危机,本质：能量总量不变，质量衰退了，有序能下降。可利

27、用之“有效能”减少了，于是产生了能源危机。,70,1.3.2 煤炭与洁净煤技术,我国煤炭的一个特点是煤炭中含硫量较高，煤炭中的硫在燃烧时生成二氧化硫。SO2和粉尘是煤燃烧的主要一次污染物，其中的SO2是造成酸雨的主要原因。所以，煤炭的开采和燃烧都会引起环境污染。,思考：我国能源的现状有何特点？,答：1）能源总量丰富，但人均不足；2）能源结构不合理，优质能源比例太小煤炭占一次能源的76%，天然气消耗只有世界平均的76%，石油消耗只占世界平均的1/3。3）能源利用率低，能耗高浪费严重。,71,1.煤炭的成分与热值,煤炭的主要成分：,碳、氢、氧；少量氮、硫、磷等。,氧、硫、磷是煤中的有害成分。,72

28、,2.洁净煤技术,CO 40%,H2 5%,其余N2、CO2等,40%H2、15%CO、15%CH4、30%CO2,73,1.3.3 石油和天然气,石油:,石油是多种烃类的混合物，其中含有链烷烃、环烷烃、芳香烃和少量含氧、含硫的有机物。,思考：世界原油储量最大的地区在哪儿？我国的原油产地在哪儿？,答：世界原油储量最大的地区是中东。我国的原油产地在东北、西北和山东（黑龙江省的大庆油田、新疆的克拉玛依油田和山东省的胜利油田是中国三大油田）。,74,1.石油燃料产品,石油经过分馏和裂解等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油和沥青等产品。,以上产品中最重要的是什么？,答案：汽油。,95%的

29、汽油用于驱动汽车。衡量汽油质量的一个重要指标是辛烷值。直馏汽油的辛烷值约为5572之间，在汽油中加入少量四乙基铅可以将辛烷值提高到7988，为了防止铅在汽缸中沉积，加入少量二溴乙烷，使生成挥发性的溴化铅，与尾气一同排入大气。,乙醇汽油？,75,汽油中最有代表性组分是辛烷(C8H18)。C8H18(l)+25/2 O2(g)8CO2(g)+9H2O(l)H(298.15K)-5440 kJmol-1或：H(298.15K)-47.7 kJg-1,76,2.天然气,天然气是低级烷烃的混合物，主要成分是甲烷，常与石油伴生。其热值约为55.6MJ kg-1。,天然气的优点：,可直接应用,易于管道输送,

30、污染少,思考：西气东送具有哪些重要意义？,77,3.沼气和生物质能,植物残体在隔绝空气的情况下发生自然分解时产生的气体称为沼气。,沼气约含60%的甲烷，其余为二氧化碳和少量的CO、H2、H2S等。,思考：可用哪些原料制备沼气？如果你来自农村，你家使用过沼气吗？,答：农村一般用人畜粪便、杂草等制取沼气。,生物质能的现代利用是将植物枝杆等在汽化炉中加压汽化制成可燃气体。,78,4.可燃冰未来的新能源,天然气被包进水分子中，在深海的低温高压下形成的透明结晶，外形似冰，用火柴一点就着，故称“可燃冰”。CH4xH2O(s)。,形成条件：低温高压如0，76 MPa。储量：尚难正确估计，各文发表的数据相差较

31、大。预测总量相当于161万亿吨煤，可用100万年；是地球上煤、石油和天然气能量总和的23倍。分布：深水大陆架和陆地永久冻土带。我国东海、南海有大量可燃冰，约相当于全国石油储量的一半。开发利用：开采难。,79,1.3.4 煤气和液化气,80,思考：与煤气相比，液化气有哪些优点？,答：无毒、低污染、热值高于煤气。,液化气作动力 绿色汽车 燃料电池（各国竞争发展）。,81,1.4 清洁能源与可持续发展,思考：目前使用的能源中，哪些是有限的，哪些是无限的(不考虑太阳的寿命)？,答：矿物能源（煤炭和石油）是有限的，来自宇宙的能源（如太阳能）和核能是无限的。,1992年，联合国环境于发展大会上提出了社会、

32、经济、人口、资源和环境协调发展的口号。能源作为最紧缺的资源对人类社会的可持续发展起着关键的作用。,82,1.4.1 能源开发与可持续发展,我国能源结构不合理，优质能源比重太小。必须合理开发及进一步开发新能源，才能实现可持续发展。,治理前的热电厂,最有希望的清洁能源是氢能、太阳能、核能和生物质能等。,可持续发展三原则：公平性、共同性和持续性。,83,1.4.2 氢能,氢能是一种理想的二次清洁能源。,氢能的优点:热值高，其数值为142.9MJ kg-1。燃烧反应速率快，功率高 原料是水，取之不尽 产物是水，不污染环境,思考：用氢作能源目前还存在一些问题，你认为是哪些方面的问题？,经济的制备方法、安

33、全高效的储运方法和有效地利用。,84,1.氢气的制取,太阳能光解,电解,思考：用电解的方法大规模制取用作能源的氢气可行吗？,答：从经济上考虑是不可行的。,利用太阳光的能量催化分解水得到氢气，最有前途的制氢方法，是研究的热点。,85,2.氢气的储运,氢气的密度小，且极难加压液化，因此氢气的储存和运输是一个比较困难的问题。,合金贮氢法：,原理：氢可以与某些合金在较高的压力下生成化合物，这些化合物在合适的条件下可以释放出氢气。如镧镍合金：,开发研究贮氢合金材料是当今材料科学领域的热门分支。,86,1.4.3 太阳能,太阳能是一种取之不尽、用之不竭的天然核聚变能。太阳能的利用不会引起环境污染，不会破坏

34、自然生态，是人类最可靠、最有前景的能源形式。,思考：如何利用太阳能？,太阳能的利用方法是将太阳能转换为更方便使用的能量形式，主要有以下三种：,转换为热能 转换为电能 转换为化学能,87,1.转换为热能,太阳能热水器的工作原理？,其原理是将太阳能转换为热能，是目前直接利用太阳能的最主要方式。,将光能转换为热能的关键是吸收材料，一般选用黑色、表面粗糙的材料以减少反射，增加对光子的有效吸收。,思考：太阳光能的缺点是什么？,答：(1)能量密度低，因此设备的表面积必须很大。(2)对天气的依赖性强。,88,2.转换为电能,光电池是人们最感兴趣的将光能转换为电能的一种设备。当光照射到一些半导体材料上时，半导

35、体材料中的电子就可以吸收光子而跃迁到导带并产生电动势。,光电池在收音机、计算器、汽车、飞机、人造卫星等航天器的仪表等方面已经有广泛的应用。,89,3.转换为化学能,植物能够从空气中的二氧化碳和根部吸收的水，利用太阳能进行光合作用合成碳水化合物而以化学能的形式储存能量。,太阳能光解制氢是近几年的热门研究课题。这是将太阳能转换为化学能的一种最有效的方法。,模拟光合作用也是各国科学家感兴趣的课题。,90,选读材料 核能,核能的产生主要有两种方式：核裂变和核聚变。释放的能量用质能方程计算：,在中子的轰击作用下，较重原子核分裂成轻原子核的反应称为核裂变反应。,.核燃料和核能的来源核裂变反应,91,该反应

36、损失质量m=0.2118gmol-1，能量变化为：,此能量相当于634.5吨标准煤完全燃烧所释放的能量。,核裂变是链式反应，不加控制则可制造成原子弹；如加以控制，例如使用慢化剂水、重水和石墨，则可建造成核电站。,92,图 氢弹爆炸,太阳能就是氢的核聚变能，经计算1mol 聚变放出的能量为：,由于氢原子质量小，如折合成每克 物质反应的热量，则氢聚变所释放能量是相同质量的铀裂变能量的3倍多。,93,.核电的优势与发展趋势,发展核能是必由之路 由其优势决定：高密度、清洁、经济、安全的能源。,核电的发展趋势热堆的应用。用广泛但燃料利用率很低；完善、智能化。(2)快堆的应用。核燃料利用充分，但工艺复杂，成本较高。加快研究和开发。(3)可控热聚变堆。处于基础研究阶段，前景诱人。,94,作业：,Lecture 1,一、思考题（p42）2，3,95,作业：,Lecture 2,一、思考题（p42）4 11二、习题（p43）1.2.4.,96,作业：,Lecture 3,一、思考题(p42)12 14二、习题（p43）6.8.10,97,作业：,一、思考题（p42）1,15 17二、习题(p45-46)13，16，17,Lecture 4,