化学反应速率和限度文字素材4人教版必修2.docx

第三节 化学反响速率和程度

氢：完美替代化石能源
　　既有能源体系从终端运用角度，可分为固定式和移动式。固定式能源需求部门包括工业、农业、商业和住宅，能源需求形式为热能和动力。对于高需求密度区，可由化石能源发电，并输送到需求区转变为动力，由载热介质供应热能。不过对于低需求密度区和移动式机械能量供应，电力应用受到限制，由于电力为不可储存能量，并且在长途输送过程中沿程损耗巨大。在这样场所，液体和气体化石燃料通过燃气轮机、活塞式发动机等转化设备，将化学能直接转化为动力和热能。
　　用于固定式发电燃料重要是煤，用于分布式及移动机械燃料重要为天然气和石油。这三种化石能源并重而互补。出于规模效应，大型电站有经济能力对尾气进行净化，消除大局部气体污染物排放，产生出清洁电力和热能。汽车工业中，石油产品燃烧导致污染那么不易消除，导致大都市空气质量恶化。再加上能源供应平安等原因，人们首先想到能否有一种清洁流体燃料来替代石油产品，驱动运送设备，这种燃料就是氢。燃料电池开展对氢能前景起到了巨大推进作用。燃料电池防止了老式热机循环限制，直接将氢化学能转化为动力，其效率可为老式内燃机2～3倍。目前燃料电池技术正得到飞速开展。
放热反响
化学反响总伴随能量变化，一般体现为热量变化。有热量放出化学反响叫做放热反响，放热反响往往可体现为反响体系温度升高。例如燃料燃烧、食物腐败等。放热反响发生，有时需加热，诸多燃料需点燃方能燃烧。一旦发生反响，放出热量足以维持反响必要温度而有余，就不需外界持续提供能量了。反响物总能量不小于生成物总能量。
吸热反响
吸取热量化学反响叫做吸热反响。吸热反响那么常体现为反响体系温度减少，或者，必须持续供应必要热量反响才能持续进行。例如，氯酸钾分解反响是吸热反响，在MnO2催化条件下要不停加热，反响才能完毕。反响物总能量低于生成物总能量。
矿物燃料
也称为化石燃料。到目前为止，世界各国所用燃料，几乎都是化石燃料，即石油、天然气和煤。但在自然界经历几百万年才逐渐形成了化石燃料，看来在几百年内将所有被人类耗尽。根据观测、研究阐明，在今天地下已不再形成煤和石油
〔1〕石油 也称原油，是人们从地下开采出来颜色由黄色到黑色可燃性粘稠液体，常与天然气共存，是很复杂混合物。石油性质因产地不一样而不一样，密度、粘度、凝固点差异也很大，以凝固点而言，有高达30℃，有低至-66℃。热值43.7～46.2MJ/kg。石油中各组分沸点差异很大，从常温到500℃以上。
石油重要元素是碳和氢，分别占83～87％和11～14％。此外，还具有少许硫〔0.06～8％〕、氮〔0.02～1.7％〕、氧〔0.08～1.8％〕以及微量金属元素〔镍、钒、铁、铜等〕。
我国大庆和任丘石油以烷烃为主，新疆、辽河和胜利石油是烷烃，环烷烃混合石油，台湾石油那么以芳香烃为主。
〔2〕天然气 从广义上讲，指是埋藏在地层中自然形成气体总称。但一般所指天然气只指贮藏于地层较深部可燃性气体〔即气态化石燃料〕和与石油共存气体〔常称为油田伴生气〕。
天然气重要成分是甲烷，此外根据不一样地质形成条件，还具有不一样数量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、已烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质。有气田中还具有氦气。甲烷含量高天然气称为干气，具有2个或2个以上碳原子烷烃较高天然气称为湿气。我国四川自贡产天然气。
〔3〕煤 也叫煤炭，埋藏在地下固态可燃性矿物。煤是一种混合物，没有单一分子构造，虽然诸多科学家经长期研究已简介有关煤构造一般形式，如质分子相对量从300～1000，构造是多碳环，某些环互相键合〔稠合〕，其他环键合成长链，等等。比较常见有怀泽烟煤构造模型，但都还没有能揭示出煤实质构造。
煤中有机物元素重要是碳，另一方面是氢，尚有氧、氮和硫等元素。煤可以分为无烟煤、烟煤、次烟煤、褐煤，它们性质如下：
无烟煤 烟煤 次烟煤 褐煤
热值 高 高 中等 低
含硫量 低 高 低 低
氢/碳〔物质量比〕 0.5 0.6 0.9 1.0
〔4〕油页岩 又称油母页岩，一种高矿物质腐泥煤，为低热值固态化合燃料。颜色由浅灰色到深褐色，可提取石油〔产油率低于6％属贫矿，高于10％属富矿〕，也可直接作燃料。
油页岩重要包括油母、水分和矿物质。油母含量约10～15％〔干基〕，是复杂高分子化合物，富含脂肪烃构造，较少芳香烃构造，氢碳物质量比为1.25～1.75，水分4～25％，矿物质重要有石英、高岭土、粘土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等。
我国能源概况

煤炭 我国煤炭资源总储量为14380亿吨，已探明可开采储量为7310亿吨。1991年年产量为10.9亿吨，居世界首位，且每年在按4000万吨左右速度递增。但全国煤炭资源分布很不平衡，就总储量计，华北占71.13％，西北占9.05％，华东占8.15％，东北占3.68％，中南占2.33％。其中山西省约占全国1/3。我国规划到二十世纪末，年生产量为12亿吨左右，按此水平，我国煤炭至少还可以开采260年。
石油和天然气1991年我国石油产量达1.39亿吨，天然气产量为150亿立方米。估计我国石油资源储量为300～600亿吨〔也有认为我国远景石油资源为787亿吨，国外估计值为300～1000亿吨〕，而目前已探明石油储量仅有几十亿吨。天然气资源量预测为3.3×105亿立方米，探明储量只占3％左右。因此石油和天然气开发潜力还很大。石油年产量目前为1.4～1.5亿吨，每年尚在按2％速度递增。1990年原油产量居世界第5位。
生物燃料能 我国森林面积约1.2×1012m2，林木蓄积量为95亿立方米，每年可供柴薪216亿公斤左右。农村中最重要生物燃料是秸杆，估计为4.58亿吨，此外尚有柴薪2800万吨、畜粪900万吨。至1990年，全国有沼气池338.1万个，年供沼气约10亿立方米。
水能 我国地表水年径流量达26200亿立方米，居世界第四位，按人口计，我国人均占有水资源约2700m3，居世界第127位。水能开发和运用，目前仅占可运用水能7％，水电装机容量仅为1700万千瓦，开发程度还是很低。
其他，如核燃料，虽然我国已建立了一批具有相称规模铀矿开采、冶炼基地，但我国核电站还起步很快。秦川核电站是30万千瓦核电站，东部沿海近年中还要再建立某些。例如田湾、大亚湾，我国核电站选址将重要考虑东南沿海经济兴旺省份。根据核电“远景规划〞，到２０２０年中国核电装机容量将从目前已经投产和在建８７０万千瓦增长到３６００万千瓦，从目前占全国电力装机总容量２.３％提高到４％。这个规划意味着，从２００４年起，中国每年将至少同意建设２个百万千瓦级核电机组。也就是说，此后１６年，中国每年都要建一座大亚湾规模核发电厂。
尽管太阳能、风能、地热能等估计蕴藏量都不算少，但尚待深入开发和运用。
东北试点推广乙醇汽油“初战告捷〞
２００４年下六个月以来，东北三省在全国率先实现了全区域封闭使用车用乙醇汽油，让这种可再生新型“绿色〞能源以尽量少资源消耗、尽量小环境代价实现最大经济和社会效益。
乙醇俗称燃料酒精，它以小麦、玉米、高粱、薯类或植物纤维为生产原料，被称为绿色能源。将燃料乙醇和汽油按一定比例混配使用，可形成一种新型车用燃料——乙醇汽油。据记录，世界上既有约２０个国家推广使用乙醇汽油。为缓和石油资源短缺矛盾，２００３年１１月，吉林省在全国率先开始在全省范围内封闭运行推广车用乙醇汽油，为在整个东北地区乃至全国深入扩大试点奠定了根底。２００４年下六个月，辽宁、黑龙江两省相继实现了全省车用乙醇汽油封闭销售，至此整个东北地区所有封闭推广车用乙醇汽油。此外，我国还在河南、安徽两省及湖北、山东、河北和江苏４省局部地区开展了车用乙醇汽油试点工作，估计到今年终，上述各省和地区范围内要主线实现车用乙醇汽油替代其他汽油。
一年来，乙醇汽油在东北三省市场覆盖率抵达了９０％左右，并获得了一系列明显效益。车用乙醇汽油开辟了替代能源新途径，有效地处理了粮食出路问题，同步也减少了汽车尾气对空气污染，有效改善了大气环境。国家发改委有关负责人认为，东北三省作为全国先行试点推广省份，为国家开展新型能源承担了义务，做出了积极探索和有益尝试。
据初步记录，从吉林省２００３年１１月正式启动车用乙醇汽油销售到２００５年２月末，东北三省共销售车用燃料乙醇汽油１９４万吨，合计节省原油７０多万吨。吉林燃料乙醇有限责任企业总经理王学泠说，在目前石油极为紧缺状况下，燃料乙醇对于已经推广使用乙醇汽油地区缓和能源紧张状况有着十清晰显作用。专家们认为，从国家后备能源储藏角度、替代角度考虑，寻找到一种新可循环再生能源是非常重要。一旦进口油品出现困难，可以扩大燃料乙醇推广范围。
反响热和键能关系

化学键是分子中相邻原子间强烈互相作用，这种互相作用品有一定能量，这一能量就是键能。键能常用E表达，单位是kJ/mol。
下面用乙烷裂解为乙烯和氢气为例，根据化学反响中化学键变化和键能变化来分析反响热和键能关系。
在乙烷分子中，原子间结合力可归结为6个C—H键和1个C—C键：
在乙烯分子中，原子间结合力可归结为4个C—H键和1个C=C键：
从键能数据估算反响热详细措施和环节如下：
〔1〕写出反响化学方程式，并突出反响物和生成物分子中各个化学键。
〔2〕归纳出化学键变化状况。
6C—H+C—C—→4C—H+C==CH—H
即：2C—H+C—C—→C==C+H—H
〔3〕从键能表中，查出有关数据。
E(C—H)=414.4 kJ/mol
E(C==C)=615.3 kJ/mol
E(C—C)=347.4 kJ/mol
E(H—H)=435.3 kJ/mol
〔4〕根据如下公式粗略地估计反响热〔Q〕。
Q=∑E〔生成物〕-∑E〔反响物〕
上式阐明，反响热等于生成物键能总和跟反响物键能总和之差。
Q=[E(C==C)+E(H—H)]-[2E(C—H)+E(C—C)]
=(615.3+435.3)kJ/mol-(2×414.4+347.4)kJ/mol
=-125.6 kJ/mol
这阐明，上述反响是吸热，吸取热量为125.6kJ/mol。
其他反响是吸热还是放热，数值是多少，可以用以上措施进行估计。
对于化学方程式：
可以阐明1份〔如1个、1mol等，下同〕H2与1份Cl2在点燃条件下反响生成2份HCl。化学方程式只阐明了反响物分子转化为生成物分子时原子重新组合状况，即只阐明了化学反响中物质变化，但它不能阐明化学反响中能量变化。假如我们把上述化学方程式改写为下述形式：
H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)；ΔH=-184.6kJ/mol
即阐明了1mol气态H2与1mol气态Cl2反响生成2mol气态HCl，放出184.6kJ热量。这种阐明反响所放出或吸取热量化学方程式，叫做热化学方程式。热化学方程式不仅阐明了化学反响中物质变化，也阐明了化学反响中能量变化。
从热化学方程式可以明显地看出反响过程中需要吸取或放出热
放出285.8kJ热量，上述两个反响热化学方程式可以表达如下：
从上述热化学方程式可以明显地看出，由H2与O2反响生成H2O〔l〕比生成H2O〔g〕多放出44kJ/mol热量。
书写热化学方程式时应注意如下几点：
1．需注明反响温度和压强，因反响温度和压强不一样步，其ΔH也不一样。但中学化学中所用ΔH数据，一般都是在101kPa和25℃时数据，因此可不尤其注明。但需注明ΔH“+〞与“-〞。
2．要注明反响物和生成物状态。物质展现哪一种汇集状态，与它们所具有能量有关。例如，冰熔化为水时，需要吸取热量，水蒸发为水蒸气时，也需要吸取热量，如下图。因此，水在蒸气状态时所具有能量与液态或固态时所具有能量是不相似。这也就是为何H2与O2反响生成2mol液态水与生成2mol水蒸气时所放出热量不一样原因。
3．与化学方程式不一样，热化学方程式各物质前化学计量数不表达分子个数，因此，它可以是整数，也可以是分数。对于相似物质反响，当化学计量数不一样步，其ΔH也不一样。
例如：
H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)；ΔH=-184.6kJ/mol
2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)；ΔH=-483.6 kJ/mol
显然，对于上述相似物质反响，前者ΔH是后者两倍。
许多化学反响反响热可以直接测得，但有些化学反响反响热不能直接测得，需通过计算求得。对书写热化学方程式对于生产和科学研究有重要意义。
反响热
前面我们重要简介了氧化复原反响和离子反响中物质变化。在化学反响中，发生物质变化同步，还伴随有能量变化，这种能量变化，常以热能形式体现出来。例如，在高一化学中，我们曾做过铝片与盐酸，以及氢氧化钡晶体与氯化铵晶体在迅速搅拌下反响试验，前者反响时放出热量，为放热反响；后者反响时吸取热量，为吸热反响。在化学反响过程中放出或吸取热量，一般叫做反响热。反响热用符号ΔH表达，单位一般采用kJ/mol。许多化学反响反响热是可以直接测量，其测量仪器叫做量热计。在中学化学中，一般研究是在一定压强下，在敞开容器中发生反响所放出或吸取热量。
下面，我们试从微观角度来讨论宏观反响热问题。
试验测得1molH2与1molCl2反响生成2molHCl时放出184.6kJ热量，这是该反响反响热。任何化学反响均有反响热，这是由于在化学反响过程中，当反响物分子间化学键断裂时，需要克服原子间互相作用，这需要吸取能量；当原子重新组合成生成物分子，即新化学键形成时，又要释放能量。就上述反响来说，当1molH2与1molCl2在一定条件下反响生成2molHCl时，1molH2分子中化学键断裂时需要吸取436kJ能量，1molCl2分子中化学键断裂时需要吸取243kJ能量，而2molHCl分子中化学键形成时要释放431kJ/mol×2mol=862kJ能量，如图1所示。
H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)反响热，应等于生成物分子形成时所释放总能量〔862kJ/mol〕与反响物分子断裂时所吸取总能量〔679kJ/mol〕差，即放出183kJ/mol能量。显然，这个分析成果与试验测得该反响反响热〔184.6kJ/mol〕很靠近〔一般用试验数据来表达反响热〕。
这阐明该反响完毕时，生成物释放总能量比反响物吸取总能量大，这是放热反响。对于放热反响，由于反响后放出热量而使反响自身能量减少。因此，规定放热反响ΔH为“-〞，即上述反响反响热为：
ΔH=-184.6kJ/mol
反之，对于吸热反响，由于反响通过加热、光照等吸取能量，而使反响自身能量升高。因此，规定吸热反响ΔH为“+〞。例如，1molC与1mol水蒸气起反响，生成1molCO和1molH2，需要吸取131.5kJ热量，即该反响反响热为：
ΔH=+131.5kJ/mol
综上所述，
当ΔH为“-〞或ΔH＜0时，为放热反响；
当ΔH为“+〞或ΔH＞0时，为吸热反响。
也就是说，假如反响物所具有总能量不小于生成物所具有总能量，反响物转化为生成物时放出热量，这是放热反响。反之，假如反响物所具有总能量不不小于生成物所具有总能量，反响物就需要吸取热量才能转化为生成物，这是吸热反响。化学变化过程中能量变化如图2所示。
月亮——氦3核聚变
He-3是一种清洁、平安和高效核聚变发电燃料。
据估算，月壤中He-3资源总量可达100万-500万吨。
假如采用D-He-3核聚变发电，美国年发电总量仅需消耗25吨He-3；中国1992年年发电总量只需8吨He-3，全世界一年有100吨He-3就够了。
问题：以目前全球电价和空间运送本钱算，1吨He-3价值约40亿美元。怎样将月球上He-3运回地球呢

风——风能

风能发电
　　风是地球上一种自然现象，它是由太阳照射到地球外表，地球外表各处受热不一样，产生温差从引起大气对流运动形成。据估计抵达地球太阳能中虽然只有大概2％转化为风能，全球风能约为2.74X109MW，其中可运用风能为2X107MW，比地球上可开发运用水能总量还要大10倍。
问题：不稳定、因地而异

太阳——太阳能
　　太阳，这颗太阳系中最大恒星，不停地向宇宙中发射能量，仅其中22亿分之一，即成就了今天地球。
　　目前太阳能可以取暖、制冷、热水、供电。

太阳能光伏板
  1平方米太阳能热水器，相称于每年节省120公斤煤。
目前技术上最成熟、市场化程度最高就是太阳能供热水。
问题：太阳能发电本钱过高。

江河——水能

二滩水电站
　　许多世纪此前，人类就开始运用水下落所产生能量。最初，人们以机械形式运用这种能量。在19世纪末期，人们学会将水能转换为电能。
问题：也许会变化一局部自然景观

二十一世纪能源——太阳能电池
问：目前市场上太阳能电池重要是由什么材料制作
答：目前市场上最大量生产太阳能电池重要材料是由晶体硅制作半导体材料．这种太阳能电池构造如附图上图所示．图中A是表层金属导线；B层是吸光材料，一般是黑色涂层，以保证射入太阳能电池光不从电池外表因反射而逃逸．E是金属电极．F是底层材料．C和D都是晶体硅半导体，但C是n-型半导体，它在光照射下产生电子〔图中用e-表达〕，而D是p-型半导体，它在C产生电子同步产生带正电空穴〔图中用h+表达〕．C和D合在一起叫做n-p结．晶体硅制成n-型和p-型半导体重要措施是在晶体硅中掺杂．n-型硅半导体掺入杂质是电子比硅原子多原子，如磷原子，p-型硅半导体掺入杂质是电子比硅原子少原子，如硼原子．掺杂会大大提高硅释放电子能力，例如，只要掺杂百万分之一磷，晶体硅电子流会提高10万倍．掺杂是在由二氧化硅复原成硅制作晶体硅时进行．实际上n-p结硅半导体是制成单片．
问：在70年代就有过报道，晶体硅将被非晶硅所替代，非晶硅是什么

问：非晶硅这样好，为何没有取而代之把晶体硅驱逐出市场
答：非晶硅有2个致命缺陷：一是寿命短，在光不停照射下会发生所谓Staebler-Wronski效应，光电转化效率会下降到本来25％，这本质上正是非晶硅中有太多以悬键为代表缺陷，致使构造不稳定；二是它光电转化效率远比晶体硅低．现今市场上晶体硅光电转化效率为12％，近来面世晶体硅光电转化效率已经提高到18％，在试验室里，甚至可以抵达29％〔比照：绿色植物叶绿体光电转化效率不不小于1％！〕，然而非晶硅光电转化效率一直没有超过10％．不过，人们对非晶硅热情未减．近来一那么报道说，在美国密执根联合太阳能系统企业刚刚发明了一种“三结〞非晶硅光电池，可以同步接受蓝、绿和红／红外辐射，光电转化效率抵达12.1％．由于非晶硅本钱低，1990年用光电转化效率只有4～6％非晶硅太阳能电池，就把一架飞机飞行400km从美国西海岸加里福尼亚圣地亚哥飞到东海岸北卡罗林那州凯提堆克．这阐明非晶体硅前途仍然是光明，只要克服寿命短和效率欠佳缺陷，未来还是会占据相称大市场份额．
问：老式摄影机不能自动测光，摄影测光要用一种小型测光器，我记得它光电转化材料是CdS，现今摄影机都带自动测光，它里面装是什么光电材料它们也能做成太阳能电池吗
答：测光所需光电转化率不需要很高．硫化镉就属于此类光电池．其实不止是硫化物，许多硒化物和碲化物也是光电转化材料．用此类化合物制作光电池品种诸多，其中有某些光电转化效率甚高，作为太阳能电池材料前景也看好，例如，迄今光电转化效率最高光电材料是GaAs-GaSb，它转化率可以抵达33％．许多价格不匪摄影机里装就是砷化镓光电池，用它来做太阳能电池价格太贵，不也许用在地面装置上，美国波半日企业已经把GaAs-GaSb太阳能电池装在航天飞机上．尚有，几年前有一种用CdTe制作太阳能电池已经问世．这种太阳能电池试验室转化效率抵达16％，见于市场那么达8％．它比非晶硅寿命长，效率稳定，制作也较简单，很有前途．有人担忧这种太阳能电池因含致癌元素镉而有害．但专家们认为完全不必担忧，由于太阳能电池是密封．相比之下，目前已经广泛使用镉-镍可充电电池要危险得多，废电池常常被到处扔．这里，我还要尤其提到所谓CIS，它是CuInSe2缩写，是一种极有前途太阳能电池，价格相对于CdTe要廉价．近来报道说，美国科罗拉多国立可更新能源试验室〔NREL〕开发了一种掺很少许GaCIS，效率竟抵达18％．1997年，现合并到西门子太阳能企业原阿克罗太阳能企业曾经制成一块达0.5m2面积CIS模块，效率抵达11％．长远地看，硫族化合物太阳能电池具有与晶体硅太阳能电池竞争实力．它们与晶体硅不一样而与非晶硅相似之处是可以造得很薄，这是此类半导体主线性质决定，因而用材很省．
问：80年代初报道过二氧化钛是一种光电材料，有也许用来光解水，它也能制作太阳能电池吗
答：这是一种值得夸奖联想．二氧化钛确实可以制作太阳能电池．第一种制作二氧化钛太阳能电池是位于瑞士Lausanne瑞士联邦
制作了这种电池，后人称为格莱泽电池．附图如下图是改善格莱泽电池示意图．图中A是透光玻璃；B是既透光又能导电高分子薄膜；夹在高分子薄膜中间是含碘离子水溶液，溶液底部那么是纳米级二氧化钛晶体．在二氧化钛晶体外表上有一种钌配合物，是光繁化剂．格莱泽电池受到光照射时，Ru2+离子从基态变成激发态，激发态钌释放出能量时从Ru2+氧化为Ru3+，释放出电子进入二氧化钛晶格，使钛从Ti4+复原为Ti3+，于是二氧化钛发生如同在叶绿素里发生所谓电子弛豫，把电子传递到与之接触导电高分子〔光电池负极〕，与此同步，溶液里碘离子跟Ru3+氧化态钌配合物反响，把电子传递给钌，使钌恢复到Ru2+，碘离子氧化为碘原子〔实为I3-离子〕，后者从光电池正极接受一种电子复原为碘离子，完毕一种电子传递循环．这个循环在飞秒级时限内便完毕了．听说循环进行1亿次系统运转仍然正常．这种太阳能电池估计可以使用．在阳光直射时，格莱泽电池光电转化效率为10％．这种电池最人惊讶处是，在阴天，它效率更高，抵达15％．这是硅太阳能电池望尘莫及之处．作为比照，虽然晶体硅可以吸取从350mm到1.1μm光子，但吸取蓝光光电转化效率是很低．阴天散射光是蓝光，硅太阳能电池效率低下，而格莱泽电池却能高效率地吸取蓝光独领风骚．听说，格莱泽电池价格只有晶体硅太阳能电池1／5．大家懂得，二氧化钛目前广泛用于制造牙膏和涂料〔即钛白粉〕，是一种很廉价天然矿物，听说，建造1m2二氧化钛薄膜只需人民币1.3元．眼下许多国家大企业竞相投资开发格莱泽电池．例如，瑞士SMH在1998年成功地将格莱泽电池装进手表．澳大利亚运用光电池研究所〔INAP〕制作了一块10×10cm2模块光电转化效率抵达7％，宣称开始进行试生产，等等．
问：到二十一世纪初，太阳能电池究竟可以占到多大电能市场
答：每天太阳光照射到地球外表能量超过全人类使用所有电能10000倍！太阳能资源真可谓无穷无尽，不会枯竭，问题在于用什么措施才能廉价地把它转化为电能．伴随化石燃料逐渐枯竭，化石燃料燃烧引起温室气体、氮氧化物等环境污染问题日趋严重，核电站不仅投资惊人尚有核泄漏潜在危险和核废料寄存问题，人们转向运用太阳能来处理能源危机目光已经越来越焦灼，越来越执着．从1970年到1998年，太阳能电池价格已经下降了10倍！不过目前在屋顶上装太阳能电池板是仍然是一种奢侈．算下来，用晶体硅，在美国每平方米要花640美元，在英国，屋顶提供电能在用电顶峰期每度电要花人民币40元．这跟生产量不大也有关．究竟，运用太阳能实在太吸引人，总有一天，伴随市场需求急剧膨胀，将推进太阳能电池制造业投资猛增，生产规模急速扩大，太阳能电池价格还会下降．一旦太阳能价格降到人们可以接受价格，家家户户屋顶上会装上太阳能电池板，将构成一道新风景线．估计到，100万户美国家庭会装上太阳能电池板．办公楼装太阳能电池屋顶更划算，由于它们白天用电，跟太阳能白天发电相匹配．太阳能电池目前占电能分额仍很有限，但增长很快．1987年，全球生产太阳能电池发电量抵达1.25×108W，1998年预期抵达1.60×108W．这急剧增长数字中有格莱泽电池功绩．曾有过报道，英国认为到太阳能电池将占到英国总电能消耗10％．英国目前年耗电量是3×1014W·h，1991年有一种叫Newcastle调查团体做过调查，假如英国所有屋顶装上太阳能电池，光电发电总量也可以抵达这个数据．相信我国太阳能电池开展到下个世纪也会突飞猛进．
原电池正负极确实定
原电池正负极确实定 将铜锌两种金属放在电解质溶液中，用导线连接，便构成原电池两极，如图．由于Cu、Zn两种金属电势上下不一样，因此存在着电势差．电子总是从低电势极流向高电势极．电势上下一般可根据金属活泼性确定：金属越活泼其电极电势就越低，金属越不活泼其电极电势就越高．由于锌比铜活泼，因此电子总是从锌极流向铜极．电化学上把电子流出极定为负极，流入极定为正极．如下图，锌为负极，铜为正极．
原电池中重要反响类型
　〔1〕电极与电解质溶液中电解质发生氧化复原反响．例如锌、铜和稀硫酸，锌、铜和硫酸铜溶液都可以构成原电池，这些原电池原理是锌、铜和稀硫酸及硫酸铜溶液能分别发生氧化复原反响．铁、碳棒和三氯化铁溶液也能构成原电池，这是由于铁与三氯化铁能发生氧化复原：
Fe+2FeCl33FeCl2
〔2〕电极与电解质溶液中溶解氧气等物质反响．如将铁和碳棒插入NaCl溶液，铜和碳棒插入NaCl溶液，均有电流产生，这是由于发生了原电池反响：
负极：2Fe-4e2Fe2+ 2Cu-4e2Cu2+
正极：2H2O+O2+4e4OH- 2H2O+O2+4e4OH-
NaCl起着增强溶液导电性作用，未形成原电池时，在常温下铁与水及铜与水都是不反响．
不过，将锌和铜插入ZnCl2浓溶液中那么不能构成原电池，由于Zn2+大量存在克制锌离子化，使氧化复原反响不易发生．当然，要构成有实用意义原电池，必须对电极材料、电解质溶液均有所选择．
电池知多少
伴随电信业向国际市场敞开大门， 必将愈来愈普及，作为 配件电池，其需求量将与日俱增．
电池功能关键在于电芯，这种可充电二次电芯，在国内尚无技术生产．国内厂家重要是从日本进口电芯而组装电池，如名牌“诺基亚〞，“爱立信〞便是．现将 电池生产开展近况概述如下：
镍镉电池 由两个极板构成，一种是用金属镍，另一种是用金属镉做成．这两种金属在电池中能发生可逆反响，因此电池可重新充电．其电池构造稳固，待机时间及通话时间长，缺陷是金属镉易致污染．
镍氢电池 亦称“环境保护电池〞，因其不含易污染金属镉．其电量储藏比镍镉电池多30～50％以上，待机时间和通话时间因此而延长了30％．
爱立信398型 用原则6V镍氢电池，它是由5节1.2V单体镍氢二次电池或4节1.5V单体镍氢二次电池经专用电路〔一般为薄膜电路〕串联，并配置过热保护电路，装在与 匹配壳里而构成．
日本制造新型镍氢二次电池，其容量较原产品提高了12％，高温光电效率提高了2.2倍，高温自我放电效率减少了1／2，充放电周期寿命保证500周以上．共有两种型号，一种是直径10.5mm×高44.5mm“AAA750〞型电池，其额定容量为750mAh，重量为13g．另一种是直径为10.5mm×高50.0mm“LAAA850〞型电池，其额定容量为850mAh，重量为14g．据称，这两种品牌均是目前“业界中额定容量最大〞，它合用于 和PDA．
美制微型甲醇燃料电池 它合用于 、笔记本电脑、掌上摄像机和游戏机等．该电池电能要比老式电池强大10倍，其体积约有一平方英寸，厚度不到1／10英寸．该电池是靠内装廉价甲醇〔木精〕与氧反响而产生电能．这种电池“能呼吸〞，完全拚弃了老式电池“气泵〞热转换器和其他复杂装置，因而体积微小，其电路设计独特、精致、非常适合于多种目前以及此后将要发明电子产品．该电池用于 ，其待机时间可延长到一种月，完全挣脱了随身携带充电器和交、直流电路转换器烦恼．
锂离子电池 是一种高能量密度电池，它与同样大小镍镉电池、镍氢电池相比，电量储藏更大，重量也更轻．它还是一种“智能电池〞，它可以与专用智能充电器“交谈〞，抵达最短充电时间和最大寿命周期及最大容量．正由于它有智能，因此它也很挑剔，在一种非专用充电器中，锂离子电池就有也许无法充足电量或达不到最大寿命周期．
新型氢离子聚合物电池 由于氢离子体积微小，因此离子进出电极材料也不会导致对电极构造过大影响，更不会使电极受到损伤．此外，移动速度也较快．这样一来，便可实现以不小于铅电池20倍电流充放电．它寿命周期为1万次以上，相称于铅电池20倍，锂电池10倍．使用措施靠近高速充放电电容器，但其能量密度为10～20wh·kg-1，是电容器10倍．此外，聚合物仅由碳、氢、氮构成．由于不包含金属元素，因此对环境影响较小。
钮扣式电池
常见扭扣式电池为银锌电池，它用不锈钢制成一种由正极壳和负极盖构成小圆盒，盒内靠正极壳一端填充由Ag2O和石墨构成正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH，溶液两边用羧甲基纤维素隔阂将电极与电解质溶液隔开．
电极反响
负极：Zn+2OH--2eZnO+H2O
正极：Ag2O+H2O +2e2Ag + 2OH-
电池总反响式为：Ag2O + Zn2Ag + ZnO
一粒钮扣式电池电压达1.59V，安装在电子表里可使用两年之久．
伏打电池诞生
　18，历史上第一种电池──提供稳定持续电流电源装置──即伏打电堆诞生了．它诞生是现代文明生活开始，有了它，电性能才得以充足研究，一系列重大科学发明和发现才得以实现科学家们认为十九世纪是电气时代。而这一时代正是从该世纪第一年开始．
1786年11月6日，意大利波隆那大学解剖学专家伽伐尼〔1737—1798〕在偶尔中发现，当用外科手术刀触及一只放在起电机旁已解剖青蛙蛙脚上外露神经时，蛙脚就剧烈地抽搐．他对这一现象十分惊讶，于是着手探讨这种现象起因．把蛙腿放在真空中，仍会发生同样效应；用一种铁钩把青蛙腿悬在庭院中铁架上，一旦暴风雨云通过时，蛙腿又发生剧烈颤动，起初他把痉挛归因于大气中电．后来他把蛙腿放在金属板上，并用铁丝戳入小腿，铁丝另一端与金属板接触。成果蛙腿同样产生了痉挛，但假如把蛙腿放在玻璃板上，并用玻璃棒替代铁丝，那么看不出有什么效应．假设再将两种不一样金属，例如铜和铁或铜和银接在一起，把两端分别与死蛙肌肉接触，这个尸体就会剧烈而持续地屈伸抽动．由于他是一位生物学家，因此总着眼于肌肉和神经上，因而认为：这不能归因于大气电作用，也许是蛙神经中有一种看不见生命流体，它会顺着金属导线为通路，顺着导线在尸体脊椎骨和腿神经之间流动，他称这种生命流体叫“动物电〞或“生物电〞，正是这种电刺激了蛙肌肉，发生了痉挛现象．这种模糊不清解释有什么根据，他自已一时也答复不出．1789年他写成了论文 有关电对肌肉运动作用 ，于1791年刊登．
意大利帕维亚大学物理学专家伏打〔1745—1827〕读到了这篇论文，由于他是位勤奋电学试验科学家〔1775年曾发明起电盘〕，因此把注意力重要集中在那一对金属上．他把一根由两种金属接起来弯杆，一端与眼睛接触，另一端放在嘴里，在接触瞬间产生光亮感觉；舌头同步舐着一种金币和一种银币时，一旦用导线连接两币就会产生苦觉．伏打猜想，在所有这些试验中共同东西是不一样金属接触．1794年他开始着手证明这个假说．试验证明，只要在两种金属片中间隔以盐水或碱水浸过吸墨纸、麻布，并用金属线把它连接起来，不管有无青蛙肌肉，都会有电流通过，蛙腿神经只不过是一种非常敏捷验电器而已．为了证明自已见解，伏打又对多种金属进行了试验，从而发现了如下起电次序：
锌—铅—锡—铁—铜—银—金—石墨
当以上任何两种金属相接触时，在序顺中前面一种带正电，背面一种带负电．他还发现这种隔以盐水“金属对〞产生电流虽然微弱，不过非常稳定．于是他把一对对〔40—60对〕圆形铜片和锌片相间地叠起来，每一对铜、锌片之间隔以盐水浸湿麻布片．这时只要用两条金属线各与顶面锌片和底面铜片焊接起来，两金属线端点间就会产生几伏电压，足以使人感到“电震〞，而金属片对数越多，电力越强；假如把铜片换成银片，那么效果更好．这就是“伏打电堆〞，而他自已称它做“人造电气器官〞，由于他看到电鲶和电鳗“电气器官〞就是由一种个圆柱体排列起来．
1800年3月20日，伏打向英国皇家学会会长约瑟夫·班克斯爵士〔1743—18〕汇报了他电堆试验，这份汇报后来刊登在 哲学学报 上，从此电学研究便大为活泼起来．很快后，伏打又发现当锌、铜片之间湿布逐渐枯燥时，电流也渐趋微弱．于是他改用一大串杯子，贮以盐水或稀酸，浸入铜、锌片，并把每个杯中锌片与另一杯中铜片用金属线连接起来，这样得到了更经久电池．他把这种电堆称为“杯冕〞，它远比一大叠金属片对所发生电流强得多，这就是后来被称之为铜锌电池第一具实用电池．
反响速率质量作用定律
反响速率质量作用定律内容是：基元反响化学反响速率与反响物以反响分子数为乘幂浓度乘积成正比。
反响物分子在有效碰撞中，一步直接转化为产物分子反响，叫做基元反响。对于基元反响
pA+qB→rC+sD
根据反响速率质量作用定律，反响速率v为：
v=k[A]p[B]q
式中k为反响速率常数，k值大小必须以试验为根据。不一样反响，k值不一样；同一反响k值，与温度、催化剂有关，而与反响物浓度、压强无关。式中(p+q)称为反响级数。
假如反响不是基元反响，而是由多种基元反响构成复杂反响，那么不能根据化学方程式直接按照质量作用定律写出反响速率表达式。例如：
H2＋I2＝2HI
长期被人们认为是基元反响，把反响速率写成：
v=k[H2][I2]
不过近年来无论从试验上或从理论上都证明，它是由如下两步完毕：
I2=I+I (快)
H2＋I＋I=HI＋HI (慢)
这两步反响速率表达式应为：
v1=k1[I2]
(一级反响)
v2=k2[H2][I]2
(三级反响)
一种反响是基元反响还是复杂反响，只能通过试验措施检查。因此，化学反响速率质量作用定律表达式，必须以试验为根据，而不能单纯根据化学方程式系数来确定。
碰撞理论
　碰撞理论能比较直观地解释化学反响发生及其反响速率大小。
碰撞理论认为，发生化学反响先决条件是反响物分子(或离子)发生互相碰撞。以HI分解成H2和I2反响为例，首先必须发生HI分子和HI分子碰撞，碰撞成果，HI分子中键被破坏了，并且生成了H2分子和I2分子。
那么，是不是分子间所有碰撞都能发生化学反响呢据记录，在500℃、101.3kPa条件下，浓度为0.001mol/LHI气体中，分子间互相碰撞次数高达3.5×1028次/升·秒。假如每次碰撞都能发生反响，HI分解反响理应在瞬时完毕。不过，事实并不是如此。因此碰撞理论认为分子之间碰撞必须有足够能量，以及合适取向，才能导致旧键破坏和新键形成。我们把这样碰撞，即引起反响碰撞称为有效碰撞。在500℃、101.3kPa条件下，1L含0.001mo1HI分子气体中，尽管每秒钟发生了3.5×1028次碰撞，但单位时间内有效碰撞次数却要小得多。
那么，哪些分子能发生有效碰撞呢
根据分子运动论，气体分子、溶液中分子(离子)都在不停地作无规那么运动。它们有具有很高动能，有只有很小动能，但绝大多数分子所具有动能都在整个体系分子动能平均值左右。能发生有效碰撞分子，是那些动能较大分子。我们把这些具有一定能量，能发生有效碰撞分子称为活化分子；把活化分子所具有最低能量称为活化分子临界能量。显然，那些能量较低分子，必须抵达这个临界能量后才能成为活化分子，从而发生有效碰撞。
不难推测，假如反响物中活化分子浓度越大，单位时间内发生有效碰撞几率就越高，化学反响速率也越大。
怎样掌握影响化学反响速率原因
影响化学反响速率分为两个方面原因，内因和外因两个方面，下面分别论述。
1．内因
化学反响因此可以发生，是由于构成反响物分子中各原子间化学键破裂，而重新构成生成物分子中各原子间化学键。这种键破裂需要能量。因物质构造不一样，因此参与化学反响各物质构