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化学与 STSE 突破——化学与生活（背诵材料）
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化学与 STSE——化学与能源
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化学与 STSE 突破——化学与能源（背诵材料）
化学与能源
一、简介
能源是能够提供能量的资源。这里的能量通常指热能、电能、光能、机械能、
化学能等。
二、分类
【来源】可分为三类
①来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)。除直接辐射外，并为风能、水能、
生物能和矿物能源等的产生提供基础。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地
来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下
来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地
质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、
波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。
②地球本身蕴藏的能量。通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有
关的能源，如原子核能、地热能等。温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现。
地球可分为地壳、地幔和地核三层，它是一个大热库。地壳就是地球表面的一层，
一般厚度为几公里至 70 公里不等。地壳下面是地幔，它大部分是熔融状的岩浆，
厚度为 2900 公里。火山爆发一般是这部分岩浆喷出。地球内部为地核，地核中
心温度为 2000 度。可见，地球上的地热资源贮量也很大。
③地球和其他天体相互作用而产生的能量，如潮汐能。
【产生】可分为一次能源和二次能源两类
一次能源即天然能源，指在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、
水能等。一次能源又分为可再生能源(水能、风能及生物质能)和非再生能源(煤
炭、石油、天然气等)，其中煤炭、石油和天然气三种能源是一次能源的核心，
它们成为全球能源的基础;除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能
等可再生能源也被包括在一次能源的范围内;
二次能源指由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各
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种石油制品等。二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的
能量资源，例如:电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源
都属于二次能源。
【能源性质】
有燃料型能源(煤炭、石油、天然气、泥炭、木材)和非燃料型能源(水能、
风能、地热能、海洋能)。人类利用自己体力以外的能源是从用火开始的，最早
的燃料是木材，以后用各种化石燃料，如煤炭、石油、天然气、泥炭等。
现正研究利用太阳能、地热能、风能、潮汐能等新能源。当前化石燃料消耗
量很大，而且地球上这些燃料的储量有限。未来铀和钍将提供世界所需的大部分
能量。一旦控制核聚变的技术问题得到解决，人类实际上将获得无尽的能源。
【使用类型】又可分为常规能源和新型能源。
利用技术上成熟，使用比较普遍的能源叫做常规能源。包括一次能源中的可
再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。
新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源。新型能源是相对于常规能源
而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能、氢能以及用于核能发电
的核燃料等能源。由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已
有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段，只能因地制宜地
开发和利用;但新能源大多数是再生能源。资源丰富，分布广阔，是未来的主要
能源之一。
【其他】可分为：再生能源与不可再生能源
可再生能源指在短时间内可连续再生利用的一次能源。例如，水能、风能。
不可再生能源指经过亿万年形成的，短期内无法恢复的能源。例如，煤、石油、
天然气等。
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三、常见能源介绍
【乙醇汽油】在汽油在添加乙醇，可以减少二氧化碳的排放，减轻对石油的依赖。
目前我国使用的车用乙醇汽油 E10 是指加入 10%的乙醇（体积分数）的汽油混合
燃料。93 号汽油是指汽油的辛烷值不低于 93，目前使用的都是无铅汽油（使用
甲基叔丁基醚代替四乙基铅来提高汽油的辛烷值）。
【煤】煤主要是有机物和无机物组成的复杂混合物，主要由碳、氢、氧、氮等元
素构成。煤经过干馏（隔绝空气加强热，化学变化）可获得粗氨水、苯、甲苯、
二甲苯、焦炭等化工原料。煤的气化和液化都是化学变化。煤的脱硫技术可以减
少二氧化硫的排放，钙基固硫是最常见的脱硫技术。
【石油】石油是由有烷烃、环烷烃、芳香烃组成混合物，主要由碳、氢、硫、氧、
氮等元素构成。石油的分馏可获得液化石油气（主要成分是丙烷、丁烷、丙烯、
丁烯）、汽油、煤油、柴油等工业制品（都是混合物）。石油的催化重整是获得
芳香烃的重要来源。 石油的裂化是为获得较多的轻质油。石油的裂解是为获得
较多的气态烯烃。
【天然气】天然气是以甲烷为主的烃类气体，是高效清洁燃料，也是一种重要的
化工原料。
【太阳能】指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作
发电或者为热水器提供能源。阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳
能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、
水能等。
【地热能】是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力
形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。运用地热能最简单和最合乎成本效益
的方法，就是直接取用这些热源，并抽取其能量。地热能是可再生资源。
【风能】地球表面大量空气流动所产生的动能。由于地面各处受太阳辐照后气温
变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高
压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年
累积小时数。
【潮汐能】潮汐能是从海水面昼夜间的涨落中获得的能量。它与天体引力有关，
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地球－月亮－太阳系统的吸引力和热能是形成潮汐能的来源。潮汐能包括潮汐和
潮流两种运动方式所包含的能量，潮水在涨落中蕴藏着巨大能量，这种能量是永
恒的、无污染的能量这类发电又可分为三种形式：1. 单库单向；2. 双库单向；
3. 单库双向。在涨潮或落潮过程中，海水进出水库，带动水轮发电机发电。
【生物能源】生物能源(又名生物质能)是利用有机物质(例如植物等)作为燃料，
通过气体收集、气化(化固体为气体)、燃烧和消化作用(只限湿润废物)等技术产
生能源。只要适当地执行，生物质能也是一种宝贵的可再生能源，但要看生物质
能燃料是如何产生出来。全球范围正在炒做用玉米、小麦、食糖等粮食来制造汽
油等能源来满足日益增长的需求，以及过高价格带来的过高成本。为人类的生产
和生活提供各种能力和动力的物质资源，是国民经济的重要物质基础。
【新能源】氢能、风能、太阳能、海洋能、生物质能和核聚变能，新能源的方式，
只是能量利用多步骤中前移的一环。
四、补充
1.可燃冰属于不可再生能源
2.火箭推进剂在工作期间将蕴藏的巨大化学能不能全部转化为机械能，部分能量
散失
3.中国能源发展的五个特点:
（1）中国已成为世界重要的能源生产大国。2011 年，中国一次能源生产总量达
到 31.8 亿吨标准煤，居世界第一，其中，原煤产量 35.2 亿吨，原油 2.03 亿吨，
天然气 1027 亿立方米，分别居世界第一、第五和第六。电力装机容量已突破 11
亿千瓦。能源自给率始终保持在 90%左右，中国主要依靠自己的力量，保障了 13
亿人口的能源需求。
（2）节约能源、提高能效有明显进步。过去的 6年，中国单位国内生产总值能
源消耗累计下降 21%，相当于减排二氧化碳 15.3 亿吨。在电力、钢铁、水泥、
化工等高耗能行业，加快技术进步，淘汰落后产能，推动产业升级和节能减排。
中国 30 万千瓦及以上火电机组比重达到 70%以上，火电每千瓦时发电标准煤耗
下降到 308 克，达到世界发达国家水平。
（3）可再生能源和新能源发展迅速。中国水电装机已超过 2.5 亿千瓦，居世界
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第一。核电投运机组 15 台，装机规模 1250 万千瓦;在建核电机组 26 台，在建规
模居世界第一。风电并网装机超过 5500 万千瓦，成为世界风电大国。太阳能发
电增长强劲，装机容量将突破 700 万千瓦。
（4）能源科技装备水平不断提高。建成了完善的油气勘探开发技术体系，复杂
区块勘探开发、提高油气田采收率等技术处于国际领先地位，具备千万吨炼油和
百万吨乙烯装置设计和制造能力。采煤机械化程度达到 60%以上，井下 600 万吨
综采成套装备全面推广。百万千瓦超超临界燃煤机组、80 万千瓦水轮机组实现
自主设计和制造。风电和太阳能光伏发电形成了完整的研发和制造产业链。
（5）能源普遍服务水平明显提高。2011 年，中国人均一次能源消费量达到 2.6
吨标准煤，人均用电量达到 3500 千瓦时。过去 10 年，我们通过加强农村地区电
网改造，提高了农村居民用电可靠性，同时还解决了 3500 多万无电人口的用电
问题。
4.煤、石油、天然气为化石燃料
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