1、化 学 与 能 源1、 内 容 摘 要 。化 学 与 能 源 从 各 自 诞 生 之 日 起 就 起 着 相 互 体 现 相 互 促 进 的 作 用 。 通 过 上 学 期 专 业 选修 发 电 厂 导 论 和 本 学 期 从 分 子 水 平 看 世 界 的 课 程 的 学 习 ， 对 化 学 与 能 源 的 历 史 发 展 时 期以 及 每 个 时 期 内 二 者 的 内 容 有 了 全 新 的 认 识 。 当 然 ， 具 体 而 深 入 的 研 究 还 得 等 大 二 大 三随 着 学 习 的 深 入 慢 慢 进 行 。 现 在 只 能 凭 着 浅 薄 的 知 识 略 谈 一 二 ， 望
2、老 师 谅 解 。2、 关 键 词 ： 化 学 能 源 发 展 火 力 发 电 新 能 源三 、 正 文 。（ 一 ） 化 学 的 发 展 史 和 能 源 化 学古 时 候 ， 原始人类为 了 他 们 的 生 存 ， 在 与 自然界的 种 种 灾 难 进 行 抗 争 中 ， 发 现 和利 用 了 火 。 原 始 人 类 从 用 火 之 时 开 始 ， 由 野 蛮 进 入 文 明 ， 同 时 也 就 开 始 了 用 化 学 方 法 认识 和 改 造 天 然 物 质 。 燃 烧 就 是 一 种 化 学 现 象 。 掌 握 了 火 以 后 ， 人 类 开 始 食 用 熟 食 ； 继 而人 类 又 陆
3、 续 发 现 了 一 些 物 质 的 变 化 ， 如 发 现 在 翠 绿 色 的 孔雀石等 铜 矿 石 上 面 燃 烧 炭 火 ，会 有 红 色 的 铜 生 成 。 这 样 ， 人 类 在 逐 步 了 解 和 利 用 这 些 物 质 的 变 化 的 过 程 中 ， 制 得 了 对人 类 具 有 使用价值的 产 品 。 人 类 逐 步 学 会 了 制 陶 、 冶 炼 ； 以 后 又 懂 得 了 酿 造 、 染 色 等 等 。这 些 有 天 然 物 质 加 工 改 造 而 成 的 制 品 ， 成 为 古 代 文 明 的 标 志 。 在 这 些 生 产 实 践 的 基 础 上 ，萌 发 了 古 代
4、化 学 知 识 。 后 来 在 中 国 出 现 了 炼 丹 术 ， 到 了 公 元 前 2 世 纪 的 秦汉时 代 ， 炼丹 术 已 颇 为 盛 行 ， 大 致 在 公 元 7 世 纪 传 到 阿拉伯国 家 ， 与 古希腊哲学相 融 合 而 形 成 阿拉 伯 炼 丹 术 ， 阿 拉 伯 炼 丹 术 于 中世纪传 入 欧 洲 ， 形 成 欧 洲 炼 金 术 ， 后 逐 步 演 进 为 近 代的 化 学 。 16 世 纪 开 始 ， 欧 洲 工 业 生 产 蓬 勃 兴 起 ， 推 动 了 医 药 化 学 和 冶 金 化 学 的 创 立 和发 展 ， 使 炼 金 术 转 向 生 活 和 实 际 应
5、用 ， 继 而 更 加 注 意 物 质 化 学 变 化 本 身 的 研 究 。1775 年 前 后 ， 拉瓦锡用 定 量 化 学 实 验 阐 述 了 燃 烧 的 氧化学说， 开 创 了 定 量 化 学 时 期 ，使 化 学 沿 着 正 确 的 轨 道 发 展 。 19 世 纪 初 ， 英 国 化 学 家 道尔顿提 出 近 代 原子学说， 突 出地 强 调 了 各 种 元 素 的 原 子 的 质 量 为 其 最 基 本 的 特 征 ， 其 中 量 的 概 念 的 引 入 ， 是 与 古 代 原子 论 的 一 个 主 要 区 别 。 近 代 原 子 论 使 当 时 的 化 学 知 识 和 理 论
6、得 到 了 合 理 的 解 释 ， 成 为 说明 化 学 现 象 的 统 一 理 论 。 接 着 意 大 利 科 学 家 阿伏加德罗 提 出 分 子 概 念 。 自 从 用 原子-分子论来 研 究 化 学 ， 化 学 才 真 正 被 确 立 为 一 门 科 学 。由 此 可 见 ， 化 学 一 开 始 的 产 生 就 是 跟 能 量 、 能 源 有 着 不 可 磨 灭 的 千 丝 万 缕 的 联 系 了 。通 过 我 们 专 业 的 发 电 厂 概 论 的 学 习 我 们 知 道 ， 直 到 现 在 ， 人 们 主 要 使 用 的 化 石 燃 料 其 本质 还 是 利 用 燃 料 燃 烧 产
7、生 的 热 能 来 加 热 水 产 生 高 温 蒸 汽 ， 然 后 利 用 蒸 汽 带 动 汽 轮 机 转 动做 切 割 磁 感 线 运 动 从 而 产 生 电 能 ， 传 送 给 世 界 上 的 千 万 家 庭 。 燃 烧 ， 就 是 化 学 中 的 一 个重 要 现 象 。 当 然 ， 实 际 上 的 化 学 能 与 热 能 电 能 之 间 的 转 化 并 没 这 么 简 单 ， 我 们 在 转 化 过程 中 还 得 研 究 如 何 提 高 能 源 转 化 的 效 率 、 如 何 减 少 转 化 过 程 中 对 环 境 的 污 染 、 如 何 在 循环 工 作 中 保 证 催 化 剂 和
8、设 备 等 硬 件 设 施 的 正 常 运 转 与 保 养 等 等 ， 一 系 列 亟 待 解 决 的 问 题 ，都 跟 化 学 密 不 可 分 。此 外 ， 除 了 火 力 发 电 ， 新 能 源 也 是 与 化 学 同 在 的 一 个 新 世 纪 的 重 要 课 题 。 之 前 的 新闻 中 看 到 科 学 家 们 在 致 力 于 研 究 能 将 水 迅 速 大 量 分 解 为 氧 气 和 氢 气 的 催 化 剂 ， 还 有 的 在研 究 利 用 生 物 质 能 发 电 ， 或 者 垃 圾 发 电 ， 这 些 都 与 化 学 息 息 相 关 。 而 且 我 国 也 在 发 展 新能 源 尤
9、 其 是 生 物 质 能 发 电 的 方 面 有 很 大 进 展 ， 全 国 很 多 地 方 电 厂 都 已 经 引 入 这 一 项 技 术 ，诸 如 利 用 玉 米 等 作 物 发 电 等 等 ， 已 初 见 成 效 。 相 信 随 着 化 学 这 门 基 础 学 科 的 飞 速 发 展 ，新 能 源 一 定 能 在 未 来 的 能 源 领 域 里 唱 起 主 角 戏 。（ 二 ） 能 源 产 业 发 展 同 化 学 紧 密 联 系能 源 、 材 料 和 信 息 被 称 为 人 类 社 会 发 展 的 三 大 支 柱 。 所 谓 能 源 是 指 提 供 能 量 的 自 然资 源 。 人 类
10、的 文 明 始 于 火 的 使 用 ， 燃 烧 现 象 是 人 类 最 早 的 化 学 实 践 之 一 ， 燃 烧 把 化 学 与能 源 紧 密 地 联 系 在 一 起 。 人 类 巧 妙 地 利 用 化 学 变 化 过 程 中 所 伴 随 的 能 量 变 化 ， 创 造 了 五光 十 色 的 物 质 文 明 。一 开 始 是 属 于 柴 草 时 期 。 从 火 的 发 现 到 18 世 纪 产 业 革 命 间 ， 树 枝 杂 草 一 直 是 人类 使 用 的 主 要 能 源 。 柴 草 不 能 烧 烤 食 物 ， 驱 寒 取 暖 ， 还 被 用 来 烧 制 陶 器 和 冶 炼 金 属 。紧
11、接 而 来 的 是 步 入 了 煤 炭 时 期 。 煤 炭 的 开 采 始 于 13 世 纪 ， 而 大 规 模 开 采 并 使 其成 为 世 界 的 主 要 能 源 则 是 18 世 纪 中 叶 的 事 了 。 1769 年 ， 瓦 特 发 明 蒸 汽 机 ， 煤 炭 作 为蒸 汽 机 的 动 力 之 源 而 受 到 关 注 。 第 一 次 产 业 革 命 期 间 ， 冶 金 工 业 、 机 械 工 业 、 交 通运 输 业 、 化 学 工 业 等 的 发 展 ， 使 煤 炭 的 需 求 量 与 日 俱 增 ， 直 至 20 世 纪 40 年 代 末 ，在 世 界 能 源 消 费 中 煤 炭
12、 仍 占 首 位 。现 在 我 们 处 在 第 三 阶 段 ， 石 油 时 期 。 第 二 次 世 界 大 战 之 后 ， 在 美 国 、 中 东 、 北 非 等地 区 相 继 发 现 了 大 油 田 及 伴 生 的 天 然 气 ， 每 吨 原 油 产 生 的 热 量 比 每 吨 煤 高 一 倍 。 石 油 炼制 得 到 的 汽 油 、 柴 油 等 是 汽 车 、 飞 机 用 的 内 燃 机 燃 料 。 世 界 各 国 纷 纷 投 资 石 油 的 勘 探 和炼 制 ， 新 技 术 和 新 工 艺 不 断 涌 现 ， 石 油 产 品 的 成 本 大 幅 度 降 低 ， 发 达 国 家 的 石 油
13、 消 费 量猛 增 。 到 60 年 代 初 期 ， 在 世 界 能 源 消 费 统 计 表 里 ， 石 油 和 天 然 气 的 消 耗 比 例 开 始 超 过煤 炭 而 居 首 位 。现 在 全 球 的 趋 势 是 石 油 使 用 居 多 ， 但 是 目 前 中 国 由 于 国 内 的 资 源 配 置 等 原 因 ， 火 力发 电 主 要 原 料 仍 为 煤 炭 ， 火 力 发 电 也 是 国 内 产 生 电 能 的 主 要 方 式 。 根 据 上 学 期 的 学 习 ，我 了 解 到 炭 火 发 电 会 带 来 诸 多 方 面 的 副 作 用 。 煤燃烧的危害主要是由四种： 1.温室效应，
14、主要由二氧化碳引起，在所有相同质量的传统燃料（煤，石油，天然气）中煤产生的二氧化碳最多，煤中又以褐煤最盛。同时要注意 N2O 也是温室气体，由煤燃烧时的氮元素产生，单位体积的危害量是 CO2 的 270 倍，由于含量少，被忽视。 2. 酸雨，由煤中含有的硫和氮杂质，燃烧生成氧化物，溶于水生成酸雨 。3. 富营养化，由氮的杂质生成的氧化物，在自然界中聚集。 4. 粉尘。这些问题不仅给电厂设备、工人健康带来危害，甚至会对整个地球的环境带来诸多不利的影响。例如酸雨问题，目前化学上就采用脱硫的技术，生产相对洁净的煤炭以供燃烧：将煤中的硫元素用钙基等方法固定成为固体防止燃烧时生成 SO2。通过对国内外脱
15、硫技术以及国内电力行业引进脱硫工艺试点厂情况的分析研究，目前脱硫方法一般可划分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫等 3 类。双碱法脱硫方程式如下：2NaOH+SO2Na2SO3+H2O ； Na2SO3+SO2+H2O2NaHSO3 ； Ca(OH)2 + Na2SO3 2 NaOH + CaSO3；4NaHSO3+2Ca(OH)22Na2SO3+2CaSO3H2O+H2O；2Na2SO3+O2 +2Ca(OH)2+4H2O4NaOH+2CaSO42H2O 。（三）新能源时期的化学以上谈到的都是化石燃料为主体的传统能源产业中化学的重要作用，在新时期新能源的开发中，化学的作用照样至关重要。化学
16、在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用。在能源和资源方面，未来化学要研究高效洁净的转化技术和控制低品位燃料的化学反应；新能源如太阳能以及高效洁净的化学电源与燃料电池等都将成为 21 世纪的重要能源，这些研究大多都需要从化学基本问题作起，否则，很难取得突破。以燃料电池为例，由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，可以避免中间的转换的损失，达到很高的发电效率。这种电池由一种或多种化学溶液组成，其中插入两根称为电极的金属棒。每一电极上都进行特殊的化学反应，电子不是被释出就是被吸收。 一个电极上的电势比另一个电极上
17、的大，因此，如果这两个电极用一根导线连接起来，电子就会通过导线从一个电极流向另一个电极。这样的电子流就是电流，只要电池中进行化学反应，这种电流就会继续下去。发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2MW、 4.5MW、11MW 成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。燃料电池的发展创新将如百年前内燃机技术突破取代人力造成
18、工业革命，也像电脑的发明普及取代人力的运算绘图及文书处理的电脑革命，又如网络通讯的发展改变了人们生活习惯的信息革命。燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将引爆 21 世纪新能源与环保的绿色革命。如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为 21 世纪继火电 、水电、核电后的第四代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。化学是你，化学是我。化学在我们生活中很多重要方面起着举足轻重的作用。化学的发展往往代表着人类科技和社会的整体发展。化学与能源只是其中的冰山一角。学生会在以后的实践中人站对待化学，对待我们的专业，协调利用好二者之间的关系，学好专业知识，做好本职工作。
