化学与社会PPT课件下载（共62页）

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化学与社会化学与仿生学用化学方法模拟自然界中生物体功能的一门学科。如模拟酶反应、模拟生物膜的功能等。　　仿生光化学——光能的仿生利用和仿生发光、仿生农药——绿色农药、仿生材料、仿生传感器等。其中仿生农药、仿生材料和仿生传感器和我们生活联系密切。仿生农药——绿色农药：许多天然植物如苦楝、臭椿等在长期的进化中形成了完善的自我保护机制，产生能够杀灭病虫害而不危害人畜和有益生物、环境、生态的化学物质。有些植物还能够通过叶、皮、根等分泌释放某些化学物质，会对周围其他植物的生长产生抑制促进作用，譬如洋槐树皮挥发一种物质能杀死根株周围的杂草，使其附近寸草不生。将植物中的这些成分进行提取分离，进而通过人工合成制成仿生农药，就是名副其实的绿色农药。利用昆虫的性外激素合成的性引诱剂是仿生农药的另一个方面。利用昆虫的觅偶、标迹、聚集等活动的信息传递是通过分泌、释放微量化学物质即“化学信使”来实现的，这种“化学信使”就是昆虫的性外激素。近年来，我国合成了大量昆虫性外激素，利用昆虫性引诱剂来诱杀害虫和进行虫情测报，使害虫自投罗网。科学家还发展了许多控制昆虫生长发育的药剂，即昆虫生长调节剂，比如利用蜕皮素或类似物使昆虫过早或过迟蜕皮而死亡，或利用保幼素使幼虫不能发育成为成虫。这也是灭杀害虫的一个手段。仿生的例子仿生学的经典例子蜂巢与偏振光导航仪，苍蝇与平衡棒，蜻蜓与平衡重锤，甲虫与炮弹，蝴蝶与人造卫星，斑马与斑马线，蛋壳与薄壳建筑，长颈鹿与失重现象，水母的顺风耳，电鱼与伏特电池，萤火虫与人工冷光，蝙蝠与雷达，青蛙与电子娃眼，鱼漂与潜水艇。CaCO3的作用1，作添加剂，在塑料制品中起骨架作用2，在造纸中的应用3，涂料中的应用4，粘结剂，密封剂的应用5，化学建材中的应用6，医药，食品，饲料，油墨中的应用糖类的定义和分类糖类是多羟基醛、多羟基酮或水解后能生成它们的一类化合物。糖类可分成以下几类：(1)单糖不能水解生成更简单的糖，如葡萄糖和果糖。(2)低聚糖水解后能生成几个单糖分子的糖叫做低聚糖，如蔗糖和麦芽糖。(3)多糖能水解生成很多单糖分子的糖叫多糖，这一类糖属于高分子化合物，如淀粉和纤维素化学与生命现象组成人体的化学元素。人体是由化学元素组成的，组成人体的元素有60多种。其中有钙、钠、钾、镁、碳、氢、氧、硫、氮、磷、氯等11种属必需的定量元素，集中在元素周期表头20个元素内，另有铁、铜、锌、锰、钴、钒、铬、钼、硒、碘等十余种必需的微量元素。其中钙、钠、钾、镁四种元素约占人体中金属离子总量的99％以上。它与生活所在地的自然环境本底相适应，大体包括三类：常量元素、微量元素和年龄元素。人体必需微量元素，共8种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴及铁，人体可能必需的元素，共5种，包括锰、硅、硼、钒及镍。具有潜在的毒性，但在低剂量时，可能具有人体必需功能的元素，包括氟、铅、镉、汞、砷、铝及锡，共7种。功能：（一）组成生物体内的蛋白质、脂肪、碳水化合物和核糖核酸的提供基础的结构单元，也是组成地球上生命的基础。这些元素包括碳、氢、氧、氮、硫、磷，（二）钠、钾和氯离子的主要功能是调节体液的渗透压，电解质的平衡和酸碱平衡，通过钠-钾泵，将钾离子、葡萄糖和氨基酸输入细胞内部，维持核糖体的最大活性，以便有效地合成蛋白质。钾离子也是稳定细胞内酶结构的重要辅因子。同时，钠离子、钾离子还参与神经信息的传递。，（三）钙和氟是骨骼、牙齿和细胞壁形成时的必要结构成分（如磷灰石、碳酸钙等），钙离子还在传送激素影响、触发肌肉收缩和神经信号、诱发血液凝结和稳定蛋白质结构中起着重要的作用。（四）镁离子参与体内糖代谢及呼吸酶的活性，是糖代谢和呼吸不可缺少的辅因子，与乙酰辅酶A的形成有关，还与脂肪酸的代谢有关。参与蛋白质合成时起催化作用。与钾离子、钙离子、钠离子协同作用共同维持肌肉神经系统的兴奋性，维持心肌的正常结构和功能。另一个有镁参与的重要生物过程是光合作用，在此过程中含镁的叶绿素捕获光子，并利用此能量固定二氧化碳而放出氧。化学与医学1.很多药物需要用有机合成的方法制取,从生物中提取不仅成本高而且产量也低2.药物的药理需要生物化学方面去研究3.医学中有时候需要一些人造材料,如人造心脏的表面膜,这些都需要材料学方面的研究.4.医学同时也会化学和生物学提供了很多市场,如对新病毒的研究和治疗.青霉素（Penicillin，或音译盘尼西林）又被称为青霉素G、peillinG、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是由青霉菌中提炼出的抗生素。青霉素属于β－内酰胺类抗生素（β－lactams）,β－内酰胺类抗生素包括青霉素、头孢菌素、碳青霉烯类、单环类、头霉素类等。青霉素是很常用的抗菌药品。但每次使用前必须做皮试，以防过敏。草药草药是利用植物提取物制作而成，主要使用其治疗价值。因为大多数植物含有化学物质元素，有着愈合等物理治疗。草药是最古老的保健方式，在古代起着重要作用。现代医学发展的今天，当初还是闻所未闻的技术。原始人类利用身边的广阔菌群最大限度地、无论动植物观测及其部件、草药终于诞生。在世界卫生组织的一项研究表明，对大约80%的世界民众仍然依靠草药来治疗某种疾病，我们今天使用的药品约有74%含有至少一个植物学分子。比如，中药的使用麻黄素治疗呼吸系统目前仍然存在。麻黄素仍然有着大部分的商业处方药，可以用于减轻气喘症状化学与能源，环境污染通常凡是能被人类加以利用以获得有用能量的各种来源都可以称为能源。能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多新型能源已经开始能够满足人类需求。根据不同的划分方式，能源也可分为不同的类型。一、根据产生的方式以及是否可以再利用能源可分为一次能源和二次能源、可再生能源和不可再生能源。一次能源包括可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气资源，其中包括水、石油和天然气在内的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、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内，而电力、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。二、根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。三、根据能源使用的类型又可分为常规能源和新型能源。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。新型能源包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等能源。人们通常按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类。世界能源委员会推荐的能源类型分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能。其中，前三个类型统称化石燃料或化石能源。已被人类认识的上述能源，在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量。比如薪柴和煤炭，把它们加热到一定温度，它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能。我们可以用热来取暖、做饭或制冷，也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能；也可以用汽轮机带动发电机，使机械能变成电能；如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户，它又可以转换成机械能、光能或热能。能源和环境是当今人类面临的两大问题。目前，化石燃料是人类生产.生活的主要能源。随着全球能源使用量的增长，及不科学使用，化石燃料等不可再生能源将日益枯竭，并对环境产生严重影响。这就迫切要求人们开发氢能，核能，风能，地热能，太阳能，和潮汐能等新能源。这些能源的利用与开发，不但可以部分解决化石能源面临耗尽的危机，还可以减少对环境的污染。煤炭，石油，天然气的燃烧都会有CO2的产生，会导致可以导致温室效应．其增温原理是：大气中含有少量二氧化碳。二氧化碳有两个特性：①对太阳辐射（包括可见光、红外光和紫外光等）的吸收能力很强，吸收后转化为热能。②散失热能的能力不强，因而在地球周围犹如形成一个玻璃温室，称为“温室效应”。其实，一氧化二氮、氟氯化碳和臭氧等，也具有很强的“温室”作用。会导致南北极的冰层融化，使全球海平面上升．其次，煤中含有S，石油含有S、N，在、均可以导致酸雨水　水（化学式：HO₂）是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的透明液体。水，包括天然水（河流、湖泊、大气水、海水、地下水等）；人工制水（通过化学反应使氢氧原子结合得到水）。水是地球上最常见的物质之一，是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。人类很早就开始对水产生了认识，东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种基本的组成元素，水是中国古代五行之一，西方古代的四元素说中也有水。　化学式：HO₂　结构式：H—O—H（两氢氧间夹角104.5°）。相对分子质量：18.016　　化学实验：水的电解。方程式：2HO=₂通电=2H↑+O↑₂₂（分解反应）化学成分组成：氢原子、氧原子水的物理性质纯净的水是一种无色、无臭、无味、透明的液体。纯净的水不易导电。在常压下，水的凝固点（冰点）是0℃，沸点是100℃，在4℃时，1立方厘米的水的质量为1克，此时密度最大。将水冷却到0℃，可以结成冰而体积增加，它的体积为原来的1.09倍；如果加热到100℃，使水变成水蒸气，体积增加1600多倍。水对很多物质的溶解能力很强。水中含有溶解的空气，水中生物的生活就是依靠溶解在水中的氧气。水的化学性质水分子在通常状况下是很稳定的，但是在高温（2000℃以上），或电流的作用下，水能分解成氢气和氧气。根据水对热的稳定性，工业上常用锅炉把水加热成高温、高压的水蒸气来传递热量。水在常温下可以和一些化学性质较活泼的金属，如钾、钠、钙等进行反应，从水中置换出氢气。如钠和水起反应生成氢氧化钠和氢气。水与某些非金属也能反应，在工业上常用的熟石灰（氢氧化钙）就是水和氧化钙（生石灰）反应生成的饮用水作用原理水运输将氧运送到血液；将体内代谢的废物通过尿液或粪便排出体外。润滑润滑组织和关节；使眼睛、鼻子、嘴巴湿润；使皮肤柔软有弹性。调节体温通过蒸发或出汗来调节体温保持不变。如果把体内的水看成是一条河，生命的各种新陈代谢活动就在其中航行。如果没有水，新陈代谢活动就不能进行，各种营养素就像散落在干涸河床上沙砾。喝水少了不行，但过量饮水也会引起中毒，对于这一观点人们可能会感到陌生，其实早在20世纪30年代美国就已报告因大量饮水引起水中毒的病例。水约占人体体重的65%至70%，且在体内相对稳定。人体细胞的细胞膜是半透膜，水可以自由渗透，如果饮水过量，血液和间质液就会补充衡释，渗透压降低，水会渗透到细胞内，使细胞肿胀而发生水中毒。其中尤以脑细胞反应最快，一旦脑细胞水肿，颅内的压力就会增高，导致头昏脑胀、头痛、呕吐、乏力、视力模糊、嗜睡、呼吸减慢、心律减速，严重时则产生昏迷、抽搐甚至危及生命。发生水中毒时，血液中水分过多，血液中的氯化钠浓度下降，出现衡释性低血钠，病人会出现全身肌肉疼痛和痉挛形形色色的水水的用途水的各种不同的理化性质，使其承担着多种关键的机体功能，水维系生命的作用，其中包括：　　帮助消化：我们吃进嘴里的食物，经牙齿咀嚼和唾液的湿润后，进行从食道到肠胃，完全消化并被吸收的过程，而这些环节都需要水的参与。我们需要的营养成分只有充分的溶解于水中，才能被吸收。　　1.运输营养：水将充分溶解的营养素运至细胞，水还转运折各种生物活性物质，如：激素、酶、血小板、血细胞等。水使细胞的代谢过程后化学功能顺利进行。　　2.排泄废物：水是非常好的溶剂和悬浮介质，许多物质溶解和悬浮在水中，并可以通过各种反应形成新的物质。水的这种性质可以使体内的代谢过程产生的废物和毒素，通过各种方式排出体外，而这些排泄方式都需要水的参与才能实现。　　3.润滑关节：水是人体关节润滑液的主要来源。水作为溶剂与各种粘性分之一起形成润滑关节的润滑液，并形成润滑消化道和泌尿系统的粘性液体，润滑内脏的浆液以及形成在食物通过消化时起润滑作用的唾液和其他消化道分泌液。饮用、洗衣、航船、冷却、散热，发电、作溶剂、作电解质的载体、用高压水切割金属、作化工原料、制取水煤气、氢气、氧气，提炼重水等。身体需要水的理由1.如果地球上没有谁，就不会存在任何的生命，生命的起源就来自于水。2.身体缺水，会导致我们部分身体机能不能正常运行，长久的不正常运行容易滋生各种疾病。3.水是我们身体最主要的能量来源。4.我们身体内所有的细胞产生的电力和磁力都是通过水来产生作用。5.水具有很好的粘合作用，为细胞构造提供了基础。6.水具有强大的保护作用，能抵御外来因素对生物基因的破坏。7.水在骨髓的形成和生长的过程中起到了至关重要的作用，可以预防癌症，抵御癌细胞。8.我们生活中所食用的各种食物、营养物质、维生素等都是以水作为媒介溶剂的。9.水为我们身体提供了巨大的能量，我们人体的消化吸收，新陈代谢都是通过水来完成的。10.水能提高我们身体的吸收速度。11.水具有强大的运输作用，运输我们人体内所有的物质。12.当我们的细胞、血液、组织缺少氧分的时候，都是通过水来摄取的。13.水具有强大的清洁功能，可以清洁我们人体的各个组织器官，将我们人体内的垃圾毒素排除体外。14.水具有很好的润滑作用，可以保护我们的关节。预防各种关节炎疼痛性疾病。15.水是最好的排泄剂，能够预防便秘。6.经常喝水可以减少中风和心脏病的患病几率。17.常喝低频共振水可以减少各种心脑血管疾病的发病几率。18.水是人体大脑所血药荷尔蒙的重要来源。19.经常喝水有助于集中注意力。20.经常喝经过低频共振仪共振的低频共振水可以使我们的皮肤更加的光滑，延缓衰老。21，喝水可以提高我们身体的免疫力，能够有效的对抗感染和癌细胞的产生水污染水的污染有两类：一类是自然污染；另一类是人为污染。当前对水体危害较大的是人为污染。水污染可根据污染杂质的不同而主要分为化学性污染、物理性污染和生物性污染三大类　一、化学性污染　污染杂质为化学物品而造成的水体污染。化学性污染根据具体污染杂质可分为6类：　　（1）无机污染物质：污染水体的无机污染物质有酸、碱和一些无机盐类。酸碱污染使水体的pH值发生变化，妨碍水体自净作用，还会腐蚀船舶和水下建筑物，影响渔业。（2）无机有毒物质：污染水体的无机有毒物质主要是重金属等有潜在长期影响的物质，主要有汞、镉、铅、砷等元素。（3）有机有毒物质：污染水体的有机有毒物质主要是各种有机农药、多环芳烃、芳香烃等。它们大多是人工合成的物质，化学性质很稳定，很难被生物所分解。（4）需氧污染物质：生活污水和某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚、醇等有机物质可在微生物的作用下进行分解。在分解过程中需要大量氧气，故称之为需氧污染物质。物理学污染（5）植物营养物质：主要是生活与工业污水中的含氮、磷等植物营养物质，以及农田排水中残余的氮和磷。（6）油类污染物质：主要指石油对水体的污染，尤其海洋采油和油轮事故污染最甚。（1）悬浮物质污染：悬浮物质是指水中含有的不溶性物质，包括固体物质和泡沫塑料等。它们是由生活污水、垃圾和采矿、采石、建筑、食品加工、造纸等产生的废物泄入水中或农田的水土流失所引起的。悬浮物质影响水体外观，妨碍水中植物的光合作用，减少氧气的溶入，对水生生物不利。（2）热污染：来自各种工业过程的冷却水，若不采取措施，直接排入水体，可能引起水温升高、溶解氧含量降低、水中存在的某些有毒物质的毒性增加等现象，从而危及鱼类和水生生物的生长。（3）放射性污染：由于原子能工业的发展，放射性矿藏的开采，核试验和核电站的建立以及同位素在医学、工业、研究等领域的应用，使放射性废水、废物显著增加，造成一定的放射性污染。生物性污染生活污水，特别是医院污水和某些工业废水污染水体后，往往可以带入一些病原微生物。例如某些原来存在于人畜肠道中的病原细菌，如伤寒、副伤寒、霍乱细菌等都可以通过人畜粪便的污染而进入水体，随水流动而传播。一些病毒，如肝炎病毒、腺病毒等也常在污染水中发现。某些寄生虫病，如阿米巴痢疾、血吸虫病、钩端螺旋体病等也可通过水进行传播。由此看见保护我们的地球环境，防止工业污染和病原微生物对水体的污染也是保护环境，更是保障人体健康的一大课题。废水处理　1.废水流过沉淀槽，固状物会沉淀下来。　　2.在滴流过滤中，废水流过沙砾得以过滤，沙砾表面也可铺细菌，以分解污水中的废物。　　3.还可在水中加入漂白粉，氯气等杀死微生物。　　4.水被排入露天池塘，可以天然净化。　　5.废水经过“旋水分离器”，能过滤。水的硬度水的硬度最初是指钙、镁离子沉淀肥皂的能力。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐硬度（即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，故又叫暂时硬度）和非碳酸盐硬度（即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子，又称永久硬度）。硬水和软水的区别，就是水中含有钙、镁化合物的多少程度。　水中有些金属阳离子，同一些阴离子结合在一起，在水被加热的过程中，由于蒸发浓缩，容易形成水垢，附着在受热面上而影响热传导，我们将水中这些金属离子的总浓度称为水的硬度。　如在天然水中最常见的金属离子是钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+），它与水中的阴离子如碳酸根离子（CO2-₃）、碳酸氢根离子（HCO-₃）、硫酸根离子（SO2-₄）、氯离子（Cl-）、以及硝酸根离子（NO3-）等结合在一起，形成钙镁的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物、以及硝酸盐等硬度。水中的铁、锰、钭等金属离子也会形成硬度，但由于它们在天然水中的含量很少，可以略去不计。因此，通常就把Ca2+、Mg2+的总浓度看作水的硬度。水的硬度对锅炉用水的影响很大，因此，应根据各种不同参数的锅炉对水质的要求对水进行软化或除盐处理。　水的硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度两种碳酸盐硬度：主要是由钙、镁的碳酸氢盐[Ca（HCO₃）、₂Mg（HCO₃）₂]所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度。碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度。非碳酸盐硬度：主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO4₄、MgSO₄、CaCl₂、MgCl₂、Ca（NO₃）、₂Mg（NO₃）等。₂碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度之和称为总硬度；水中Ca2+的含量称为钙硬度；水中Mg2+的含量称为镁硬度；当水的总硬度小于总碱度时，它们之差，称为负硬度。冰　由于水分子间有氢键缔合这样的特殊结构所决定的。根据近代X射线的研究，证明了冰具有四面体的晶体结构。这个四面体是通过氢键形成的，是一个敞开式的松弛结构，因为五个水分子不能把全部四面体的体积占完，在冰中氢键把这些四面体联系起来，成为一个整体。这种通过氢键形成的定向有序排列，空间利用率较小，约占34%、因此冰的密度较小，约为摄氏4度是液态水的9/10。　水溶解时拆散了大量的氢键，使整体化为四面体集团和零星的较小的“水分子集团”（即由氢键缔合形成的一些缔合分子），故液态水已经不象冰那样完全是有序排列了，而是有一定程度的无序排列，即水分子间的距离不象冰中那样固定，HO₂分子可以由一个四面体的微晶进入另一微晶中去。这样分子间的空隙减少，密度相对冰就增大了。电池电池是一种能量转化与储存的装置它通过反应将化学能或物理能转化为电能。电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供能。基本介绍1．电池的组合蓄电池作为电动汽车动力源，一般要求有较高的电压和电流，所以需要将若干个单体电池通过串联、并联与复联的方式组合成电池组使用。电池组合中对单体电池性能有严格的要求，在同一组电池中必须选择同一系列、同一规格、性能尽可能一致的单体电池。2．电池的放电池放电是将电池内储存的化学能以电能方式释放出来的过程，即电池向外电路输送电流。3．电池的充电电池充电是将外部电源输入蓄电池的直流电能转换为化学能储存起来的过程。4．电池的极化极化是电池由静止状态（电流I=0）转入工作状态(I>0)产生的电池电压、电极电位的变化现象。原理概述在化学电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电位差(开路电压)，但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路。同时在电池内部，由于电解质中不存在自由电子，电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的物质迁移。电荷在电解质中的传递也要由离子的迁移来完成。因此，电池内部正常的电荷传递和物质传递过程是保证正常输出电能的必要条件。充电时，电池内部的传电和传质过程的方向恰与放电相反；电极反应必须是可逆的，才能保证反方向传质与传电过程的正常进行。因此，电极反应可逆是构成蓄电池的必要条件。G为吉布斯反应自由能增量(焦)；F为法拉第常数=96500库=26.8安·小时；n为电池反应的当量数。这是电池电动势与电池反应之间的基本热力学关系式，也是计算电池能量转换效率的基本热力学方程式。实际上，当电流流过电极时，电极电势都要偏离热力学平衡的电极电势，这种现象称为极化。电流密度（单位电极面积上通过的电流）越大，极化越严重。极化现象是造成电池能量损失的重要原因之一。结构简式在化学电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电位差(开路电压)，但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路。同时在电池内部，由于电解质中不存在自由电子，电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的物质迁移。电荷在电解质中的传递也要由离子的迁移来完成。因此，电池内部正常的电荷传递和物质传递过程是保证正常输出电能的必要条件。充电时，电池内部的传电和传质过程的方向恰与放电相反；电极反应必须是可逆的，才能保证反方向传质与传电过程的正常进行。因此，电极反应可逆是构成蓄电池的必要条件。为吉布斯反应自由能增量(焦)；F为法拉第常数＝96500库＝26.8安·小时；n为电池反应的当量数。这是电池电动势与电池反应之间的基本热力学关系式，也是计算电池能量转换效率的基本热力学方程式。实际上，当电流流过电极时，电极电势都要偏离热力学平衡的电极电势，这种现象称为极化。电流密度（单位电极面积上通过的电流）越大，极化越严重。极化现象是造成电池能量损失的重要原因之一。极化的原因有三：①由电池中各部分电阻造成的极化称为欧姆极化；②由电极－电解质界面层中电荷传递过程的阻滞造成的极化称为活化极化；③由电极－电解质界面层中传质过程迟缓而造成的极化称为浓差极化。减小极化的方法是增大电极反应面积、减小电流密度、提高反应温度以及改善电极表面的催化活性。电池分类电池的种类很多，常用电池主要是干电池、蓄电池，以及体积小的微型电池。此外，还有金属-空气电池、燃料电池以及其他能量转换电池如太阳电池、温差电池、核电池等。化学电池化学电池，是指通过电化学反应，把正极、负极活性物质的化学能，转化为电能的一类装置。经过长期的研究、发展，化学电池迎来了品种繁多，应用广泛的局面。大到一座建筑方能容纳得下的巨大装置，小到以毫米计的品种。无时无刻不在为我们的美好生活服务。现代电子技术的发展，对化学电池提出了很高的要求。每一次化学电池技术的突破，都带来了电子设备革命性的发展。现代社会的人们，每天的日常生活中，越来越离不开化学电池了。现在世界上很多电化学科学家，把兴趣集中在做为电动汽车动力的化学电池领域。干电池和液体电池干电池和液体电池的区分仅限于早期电池发展的那段时期。最早的电池由装满电解液的玻璃容器和两个电极组成。后来推出了以糊状电解液为基础的电池，也称做干电池。现在仍然有“液体”电池。一般是体积非常庞大的品种。如那些做为不间断电源的大型固定型铅酸蓄电池或与太阳能电池配套使用的铅酸蓄电池。对于移动设备，有些使用的是全密封，免维护的铅酸蓄电池，这类电池已经成功使用了许多年，其中的电解液硫酸是由硅凝胶固定或被玻璃纤维隔板吸付的一次性电池和可充电电池一次性电池俗称“用完即弃”电池，因为它们的电量耗尽后，无法再充电使用，只能丢弃。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池。可充电电池按制作材料和工艺上的不同，常见的有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池。其优点是循环寿命长，它们可全充放电200多次，有些可充电电池的负荷力要比大部分一次性电池高。普通镍镉、镍氢电池使用中，特有的记忆效应，造成使用上的不便，常常引起提前失效干电池常用的一种是碳－锌干电池。负极是锌做的圆筒，内有氯化铵作为电解质，少量氯化锌、惰性填料及水调成的糊状电解质，正极是四周裹以掺有二氧化锰的糊状电解质的一根碳棒。电极反应是：负极处锌原子成为锌离子（Zn++），释出电子，正极处铵离子(NH嬃)得到电子而成为氨气与氢气。用二氧化锰驱除氢气以消除极化。电动势约为1.5伏。蓄电池种类很多，共同的特点是可以经历多次充电、放电循环，反复使用。铅蓄电池最为常用，其极板是用铅合金制成的格栅，电解液为稀硫酸。两极板均覆盖有硫酸铅。但充电后，正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅，负极处硫酸铅转变成金属铅。放电时，则发生反方向的化学反应。铅蓄电池铅蓄电池最为常用，其极板是用铅合金制成的格栅，电解液为稀硫酸。两极板均覆盖有硫酸铅。但充电后，正极处极板上硫酸铅转变成二氧化铅，负极处硫酸铅转变成金属铅。放电时，则发生反方向的化学反应。铅蓄电池的电动势约为2伏，常用串联方式组成6伏或12伏的蓄电池组。电池放电时硫酸浓度减小，可用测电解液比重的方法来判断蓄电池是否需要充电或者充电过程是否可以结束。铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定，缺点是比能量（单位重量所蓄电能）小，对环境腐蚀性强。由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅（PbO2），负极板是灰色的绒状铅（Pb），当两极板放置在浓度为27％～37％的硫酸(H2SO4)水溶液中时，极板的铅和硫酸发生化学反应，二价的铅正离子（Pb2+）转移到电解液中，在负极板上留下两个电子(2e-)。由于正负电荷的引力，铅正离子聚集在负极板的周围，而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅（PbO2）渗入电解液，其中两价的氧离子和水化合，使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质——氢氧化铅〔Pb（OH4〕）。氢氧化铅由4价的铅正离子（Pb4+）和4个氢氧根〔4（OH）-〕组成。4价的铅正离子（Pb4+）留在正极板上，使正极板带正电。由于负极板带负电，因而两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。当接通外电路，电流即由正极流向负极。在放电过程中，负极板上的电子不断经外电路流向正极板，这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子（H+）和硫酸根负离子（SO42-），在离子电场力作用下，两种离子分别向正负极移动，硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅(PbSO4)。在正极板上，由于电子自外电路流入，而与4价的铅正离子（Pb4+）化合成2价的铅正离子（Pb2+），并立即与正极板附近的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上。随着蓄电池的放电，正负极板都受到硫化，同时电解液中的硫酸逐渐减少，而水分增多，从而导致电解液的比重下降在实际使用中，可以通过测定电解液的比重来确定蓄电池的放电程度。在正常使用情况下，铅蓄电池不宜放电过度，否则将使和活性物质混在一起的细小硫酸铅晶体结成较大的体，这不仅增加了极板的电阻，而且在充电时很难使它再还原，直接影响蓄池的容量和寿命。铅蓄电池充电是放电的逆过程。铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好（尤其适于干式荷电贮存）、造价较低，因而应用广泛。采用新型铅合金，可改进铅蓄电池的性能。如用铅钙合金作板栅，能保证铅蓄电池最小的浮充电流、减少添水量和延长其使用寿命；采用铅锂合金铸造正板栅，则可减少自放电和满足密封的需要。此外，开口式铅蓄电池要逐步改为密封式，并发展防酸、防爆式和消氢式铅电池的污染废旧电池内含有大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液。如果随意丢弃，腐败的电池会破坏我们的水源，侵蚀我们赖以生存的庄稼和土地，我们的生存环境面临着巨大的威胁。如果一节一号电池在地里腐烂，它的有毒物质能使一平方米的土地失去使用价值；扔一粒纽扣电池进水里，它其中所含的有毒物质会造成60万升水体的污染，相当于一个人一生的用水量；废旧电池中含有重金属镉、铅、汞、镍、锌、锰等，其中镉、铅、汞是对人体危害较大的物质。而镍、锌等金属虽然在一定浓度范围内是有益物质，但在环境中超过极限，也将对人体造成危害。废旧电池中的重金属会影响种子的萌发与生长。废旧电池渗出的重金属会造成江、河、湖、海等水体的污染，危及水生物的生存和水资源的利用，间接威胁人类的健康。废酸、废碱等电解质溶液可能污染土地，使土地酸化和盐碱化，这就如同埋在我们身边的一颗定时炸弹。因此，对废旧电池的收集与处置非常重要，如果处置不当，可能对生态环境和人类健康造成严重危害。随意丢弃废旧电池不仅污染环境，也是一种资源浪费新能源新能源(NE）：又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能，以及海洋表面与深层之间的热循环等；此外，还有氢能、沼气、酒精、甲醇等，而已经广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能等能源，称为常规能源。随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国的重视太阳能太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。利用太阳能的方法主要有：太阳能电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。太阳能清洁环保，无任何污染，利用价值高，太阳能更没有能源短缺这一说法，其种种优点决定了其在能源更替中的不可取代的地位。太阳能光热现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和槽式太阳能光热电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。核能核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式：A.核裂变能所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、钚-239等）的裂变释放出的能量，B.核聚变能由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。C.核衰变核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用核能的缺陷（1）资源利用率低（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决（3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大海洋能海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。海洋能这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。海洋能特点1.海洋能在海洋总水体中的蕴藏量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。这就是说，要想得到大能量，就得从大量的海水中获得。2.海洋能具有可再生性。海洋能来源于太阳辐射能与天体间的万有引力，只要太阳、月球等天体与地球共存，这种能源就会再生，就会取之不尽，用之不竭。3.海洋能有较稳定与不稳定能源之分。较稳定的为温度差能、盐度差能和海流能。不稳定能源分为变化有规律与变化无规律两种。属于不稳定但变化有规律的有潮汐能与潮流能。人们根据潮汐潮流变化规律，编制出各地逐日逐时的潮汐与潮流预报，预测未来各个时间的潮汐大小与潮流强弱。潮汐电站与潮流电站可根据预报表安排发电运行。既不稳定又无规律的是波浪能4.海洋能属于清洁能源，也就是海洋能一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。风能风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风能最常见的利用形式为风力发电。风力发电有两种思路，水平轴风机和垂直轴风机。水平轴风机应用广泛，为风力发电的主流机型。生物质能生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但利用率不到3%。修建沼气池生物质能(又名生物能源)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地热能地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。地热能放射性热能是地球主要热源。中国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。氢能氢能的优点：安全环保：氢气分子量为2,仅为空气的1/14,因此，氢气泄漏于空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会聚集地面而构成易燃易爆危险。氢气无味无毒，不会造成人体中毒，燃烧产物仅为水，不污染环境。高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal,是汽油的三倍。氢氧焰温度高达2800度，高于常规液气。热能集中：氢氧焰火焰挺直，热损失小，利用效率高。自动再生：氢能来源于水，燃烧后又还原成水催化特性：氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体，液体、气体燃料。加速反应过程，促进完全燃烧，达到提高焰温、节能减排之功效。来源广泛：氢气可由水电解制取，水取之不尽，而且每kg水可制备1860升氢氧燃气。海洋渗透能如果有两种盐溶液，一种溶液中盐的浓度高，一种溶液的浓度低，那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后，会产生渗透压，水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。江河里流动的是淡水，而海洋中存在的是咸水，两者也存在一定的浓度差。在江河的入海口，淡水的水压比海水的水压高，如果在入海口放置一个涡轮发电机，淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。海洋渗透能是一种十分环保的绿色能源，它既不产生垃圾，也没有二氧化碳的排放，更不依赖天气的状况，可以说是取之不尽，用之不竭。而在盐分浓度更大的水域里，渗透发电厂的发电效能会更好，比如地中海、死海、中国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。当然发电厂附近必须有淡水的供给。据挪威能源集团的负责人巴德·米克尔森估计，利用海洋渗透能发电，全球范围内年度发电量可以达到16000亿度。水能水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。谢谢