第三章化学与能源
教学目的与要求：
1.了解能源的分类及能源利用现状和发展趋势。
2.了解煤、石油和天然气的化学组成，掌握煤的清洁燃烧和化学转化技术，掌握石油的主要炼制过程。
3．握核裂变反应、核聚变反应的原理。
4．解太阳能、地热能、氢能及生物质能等新型清洁能源。
教学重点与难点
重点：煤的清洁燃烧和化学转化技术、石油的主要炼制过程、核能
难点：核裂变反应、核聚变反应的原理
能源是指可以为人类提供能量的自然资源，它是国民经济发展和人类生活所必需的重要物质基础。目前能源、材料、信息被称为现代社会繁荣和发展的三大支柱，是人类文明进步的先决条件，国际上往往以①能源的人均占有量；②能源构成；③能源使用效率；④能源对环境的影响因素，来衡量一个国家现代化的程度。
化学在能源的开发和利用方面扮演者重要的角色，无论是煤的充分燃烧和洁净技术，还是核反应控制，无论是新型绿色化学电源的研制、生物能源的开发都离不开化学这一基础学科的参与。因此，在20世纪末化学学科中一个新的分支——能源化学应运而生。
第一节全球能源结构和发展趋势
1．能源的分类
按照能的形式可将能源分为五大类：
太阳能，化学能，运动能，地热能，原子能
一次能源: 存在于自然界中的可直接利用其能量的能源。
二次能源:不是自然界天然存在的，是人类利用一次能源经过加工转化而取得的能源。
可再生能源：不会随着本身的能量转换或者人类的利用而日益减少的能源，它们具有天然的自我恢复能力。
不可再生能源：越用越少，在短时期无法再生的一次能源。
2. 全球能源结构和发展
世界能源发展
从历史上看，世界能源结构经历了三次大转变：
① 18世纪60年代，英国的产业革命促使全世界的能源结构发生了第一次大的转变。蒸汽机的推广、冶金工业的蓬勃发展以及铁路和航运的发达，无一不需要大量的煤炭，以1920年为例：煤炭在当时世界商品能源中占87%。
②第二次世界能源结构大转变，发生在第二次世界大战之后，几乎所有工业化国家能源由煤转向石油和天然气。与煤相比，石油、天然气热值高，加工、转化、运输、储存和使用方便，效率高，而且是理想的化工原料，另一方面，社会和政府部门的环境保护意识也推动这一转变。是能源结构由单一的煤炭转向石油和天然气，标志着能源结构的进步。
20世纪在世界一次能源总消费结构中：
石油天然气煤炭水电和核电
39．9% 23．6% 26．2% 10．1%
石油、天然气、煤炭均为非再生能源，据估计100多年后它们将消耗殆尽。
③ 20世纪末，世界能源结构开始了第三次大转变，从石油、天然气为主的能源系统向以核能、风能、太阳能等可再生能源为基础的可持续发展的能源系统转变。
3. 我国能源消费现状及特点
(1) 我国能源消费现状: 我国进入20世纪90年代以后，能源的生产量小于消费量，而能源消费总量增长的趋势更加明显，两者之间的差值有拉大的趋势。我国目前是能源进口国。在能源消费总量中，煤占70-80%，因此煤是我国的主要能源。
中国能源生产、消费总量及消费构成
（2）我国能源的特点：
①资源总量丰富，但人均不足; ②能源消费结构不合理; ③能源消费系数高，效率低; ④环境形势严峻;
⑤我国地域广阔，蕴藏着丰富的可再生资源，而这有利于多元化能源的开发利用。
我国能源产业结构的发展战略
以煤炭为基础，以电力为中心，积极开发石油、天然气，适当发展核电，因地制宜开发型能源和可再生能源，走优质、高效、低耗的能源可持续发展之路。
第二节 化石燃料
化石燃料是指煤炭、石油、天然气等这些埋藏在地下不能再生的燃料资源。化石燃料中按埋藏的能量的数量的顺序分有煤炭类、石油、油页岩、天然气和油砂。 一．煤
2.5
2.1
22.5
72.9
136000
124000
1998
6.1 1.8 1
7.5 74.6 131176 129034 1995 5.1 2.1 16.6 76.2 98703 103922 1990 4.0
3.1
20.7
72.2
60275
63735
1980 3.5
0.9 14.7 80.9 29291 30990 1970 水电核电
天然气
石油 煤炭 消费 生产 占能源消费总量的比重（%）
能源总量（万吨标准煤） 年 份
煤炭是埋藏在地下的植物受地下和地热的作用，经过几千万年乃至几亿年的炭化过程，释放出水份、二氧化碳、甲烷等气体后，含氧量减少而形成的。
现代成煤理论认为煤化过程是：
植物 → 泥炭 → 褐煤 → 烟煤 → 无烟煤 它们的含碳量范围大致为：无烟煤85%—95% ，烟煤70%—85% ，
褐煤50%—70% ，泥炭约50% 。
1. 煤的主要成分： 煤是由无机物和有机物组成的混合物，其中以有机物为主。组成的基本元素有C ,H ,O 以及少量的N ,S 等。
2.煤的洁净燃烧
煤炭的洁净燃烧与硫在煤炭中的存在状态有着密切的关系，硫在煤炭中存在形式复杂，主要包括无机硫和有机硫，有时还包括微量的呈单体状态的元素硫。有机硫以硫醇类(R-SH)、硫醚类(R-S-R′)、硫蒽类(R-S-S-R′)、硫醌类等结构的官能团存在于煤中；无机硫主要以硫化物的形式存在，还有少量的硫酸盐中的硫，无机含硫矿物以黄铁矿为主，硫酸盐以钙、铁、镁和钡的硫酸盐类形式出现。黄铁矿是煤炭中硫的主要组成部分。 （1）限制高硫煤的开采和使用
2242221614-3H O -2H O -2CH 1514134-CO -CO -H O
161851703210C H O C H O C H C C H O O H −−−→−−−→−−−→−−−→煤的化学结构模型基本反
映了煤化学结构研究的新进展，可以解释煤的热解，加氢、氧化、酸解聚和水解等许多化学反应，图中箭头处为键能较低即不稳定的桥键。
