第02章-氢的基本性质及其利用依据VIP专享

第 2 章 氢的基本性质及其利用依据本章内容1. 氢的原子结构、分子结构及其物理化学性质2. 氢的状态方程及其热力性质3. 氢的温-熵图及其计算4. 氢作为能源使用的内在依据1.氢能的基本内涵1.1 氢能定义氢能是指以氢及其同位素为主导的反应中或者氢在状态变化过程中所释放的能量。氢能可以由氢的热核反应释放，也可以由氢跟氧化剂发生化学反应所放出。（画树状图）前一种反应释放的能量通常称为热核能或聚变能，后一种反应放出的能量称为燃料反应的化学能。氢是一种活泼的元素。它不仅可与氧及卤族元素等化合放出化学能，而且还可与金属等化合而释放出化学能。不同种类的氢反应，其放出的能量是大有差别的，因而其利用程度和利用方式也可各不相同。（氢能和氢的区别，Hydrogen Energy，Hydrogen）国际氢能杂志1.2 氢的热核反应根据爱因斯坦的质量和能量的相互转换关系：式中 Δm 为反应前后物质的质量变化；c 为光速；E 为反应前、后由于物质质量变化所转化的能量。氢聚变为氦的转换反应是： 元素符号的左上标表示质量数，左下标表示质子数。所放出的热核能为：E=(4×MH-MHe) ×c2=(4×1.673×10-24-6.644×10-24) ×(3×1010)2×10-7=(6.692×10-24-6.644×10-24) ×(3×1010)2×10-7 =4.32×10-12JMH=1.673×10-24g 为氢的原子质量；MHe=6.644×10-24g 为氦的原子质量。上式表示在氢的聚合反应中，四个氢原于质量的消耗可以生成新的元素氦 ，并换来 4.32×10-12J 的能量。因此，消耗 1kg 氢原子质量可以换得的氢能量为：E=4.32×10-12/6.692×10-24×103=6.455×1014J这就是说，在氢氦热核反应中，每消耗 lkg 的氢可换得的氢能约相当于25000t 的好煤在燃烧反应中所放出的能量(我国高质量的煤的热值平均为25120kJ/kg)。由此可见氢能的巨大潜力。氢是银河系中最丰富的元素。太阳体积的 80%是由氢构成的。太阳内部每时每刻都在发生这种热核反应，而也正是靠着这样的热核反应太阳才能给我们提供光和热。追根溯源，太阳能、地热能、水能、风能、海洋能、生物质能等都与氢的热核反应有关。1.3 氢氧燃烧反应释放能量跟氢的热核反应不同，氢能也可在较低温度下通过氢和氧化剂的化学反应放出热量。常见的氢氧反应为氢与氧的化合需在一定温度下进行(773K 以上〕，但当有铂催化、或当周围有明火存在时，在室温下也可与之反应而生成水，并放出大量的热。生成气态和液态水放出的热量分别为：241.418kJ/mol 和 286kJ/mol在 298...