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能量的转化与守恒教案(共一课时)
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内容提示：1,认识目标:知道能量的形式是多样的; 了解各种能量不是孤立存在的; 理解能量的转化是守恒的;知道能量的转化或转移是在一定条件下可以发生转化 具有方向性
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能量的转化与守恒教案(共一课时)
官方公共微信．（保留一位小数）（3）对减少汽车行驶中的能量损耗，就你所知，定出一条建议．（不作解释）
分析：（1）有用功是指某一物理过程中不得不做的功，从流程图上看能量损耗为有用功之外的损耗．（2）机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，根据定义和图解计算出能量转化率．（3）减少汽车行驶中的能量损耗，就要使汽油燃料的能量尽量多的使用到有用功中，从能量损耗方面综合考虑．解答：解：（1）从能量流程图上可以读出，有用功之外的能量损耗为：摩擦损耗、散热损耗、排放废气损耗、燃料损耗；故答案为：四个方面：摩擦损耗、散热损耗、排放废气损耗、燃料损耗．（2）轿车的能量转化效率为η=W有用W输入=1.0×104J7.9×104J=0.127=12.7%；答：该轿车的能量转化率为12.7%．（3）减少摩擦损耗、散热损耗、排放废气损耗、燃料损耗等方面综合考虑；故答案为：给机器加润滑油，减少有害摩擦；改进油箱的密闭性，减少蒸发损耗；控制汽车数量；提高汽油质量；对排放的尾气进行收集、再利用等．点评：能量既不会创生，也不会消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变；从流程图上看，汽车汽油燃烧的总能量，只有一小部分用于汽车行驶做的有用功，大部分能量被消耗掉了，所以提高汽油燃烧的利用率、造高效率、高利用率的汽车发动机非常重要．
请选择年级七年级八年级九年级请输入相应的习题集名称(选填)：
科目：初中物理
某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询．绘制了一辆某种型号普通轿车行驶时的能量流向图，请你参与讨论有关问题．（1）根据图中的能量流向，说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗．（2）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”．由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为17%．（3）对减少汽车行驶中的能量损耗，就你所知，提出一条建议．（不作解释）
科目：初中物理
题型：解答题
某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号普通轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图，请你参与讨论有关问题．（1）根据图中的能量流向，说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗．（2）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”．由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为 ________．（保留一位小数）（3）对减少汽车行驶中的能量损耗，就你所知，定出一条建议．（不作解释）
科目：初中物理
某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号普通轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图，请你参与讨论有关问题。（1）根据图中的能量流向，说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗。（2）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”。由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为＿＿＿＿＿＿。（保留一位小数）（3）对减少汽车行驶中的能量损耗，就你所知，定出一条建议。（不作解释）
科目：初中物理
来源：新人教版九年级上册《第14章 内能的利用》2013年同步练习卷A（三）（解析版）
题型：解答题
某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号普通轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图，请你参与讨论有关问题．（1）根据图中的能量流向，说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗．（2）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”．由图中提供的数据可得，该轿车的能量转化效率为______．（保留一位小数）（3）对减少汽车行驶中的能量损耗，就你所知，定出一条建议．（不作解释）下表中的数据表示破坏1mol物质中的化学键需消耗的能量（即键能）：化学键H-HCl-ClH-Cl键能/kJomol-1436243431H2和Cl2反应生成HCl过程中的热效应可用下图表示，回答下列问题：（1）△H1=+243 kJomol-1，△H2=+436 kJomol-1，△H3=-431 kJomol-1．（2）据实验测定，H2和Cl2的混合气体在光照下反应生成HCl，你认为引发该反应的第一步是上图①～③中分子转化为原子的哪一步①（填序号）步，请说明原因：Cl-Cl键的键能比H-H键的键能小，更易断裂，从而引发反应（3）该反应的热化学方程式为：H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）△H=-183 kJomol-1．【考点】；；．【专题】化学反应中的能量变化．【分析】化学反应中，化学键断裂要吸收能量，形成化学键要放出能量，反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能，以此解答该题．【解答】解：（1）化学键断裂要吸收能量，形成化学键要放出能量，则由表中数据可知△H1=+243 kJomol-1，△H2=+436 kJomol-1，△H3=-431 kJomol-1，故答案为：+243&kJomol-1；+436&kJomol-1；-431&kJomol-1；（2）引发该反应的第一步是上图①～③中分子转化为原子的第①步，因Cl-Cl键的键能比H-H键的键能小，更易断裂，从而引发反应，故答案为：①；Cl-Cl键的键能比H-H键的键能小，更易断裂，从而引发反应；（3）在反应中H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g），反应热等于反应物的总键能减生成物的总键能，则△H=（436+243-2×431）kJ/mol=-183 kJomol-1，故答案为：H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）△H=-183&kJomol-1．【点评】本题综合考查反应热与焓变，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，该题易错点为（2），注意把握反应的特点以及反应热的计算放方法．声明：本试题解析著作权属菁优网所有，未经书面同意，不得复制发布。答题：梁老师1老师　难度：0.64真题：3组卷：1
解析质量好中差九上第3章《能量的转化与守恒》检测题_百度文库
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九上第3章《能量的转化与守恒》检测题
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发表于化学工程2013年1期
摘 要：论述能量转化率的重要性和特性；在比较能量转化率时，要首尾相同。讨论对不同装置的能量转化率数据进行比较是否重要：在有些情况下是重要的，在有些情况下是没有必要的；解读对示范装置规定最低能量转化率的原因；提出不宜将能量转化率作为唯一判据；选择产品的首要原则是国家的需求和技术的成熟度。
关键词：煤化工；能量转化率
能量转化率是一个重要的数据，在一些新建的装置可行性报告中，都要列出对能量转化率的研究结果，这是十分必要的。
但是，近年来理论界不断发出研究能量转化率的信息，甚至不恰当地提出能量转化率的理论值，错误地对不同产品进行横向比较，指导投资方向，造成投资方向的过分集中，甲醇的过热就是最典型的例子。近期，又用煤的分质利用能量转化率为75％的数据，对分质利用进行指导。因此，我们有必要对化工装置的能量转化率问题作一个研究，使这个概念能够结合工业装置的实际情况，配合综合能耗的概念，更好地为我们的装置建设服务。
1&& 能量转化率的重要性
能量转化率的概念来自物理学，是用来解释能量守恒定律的。这里讨论的问题是针对煤化工装置，不是针对物理学。
煤电工业非常重视这个数据，用来衡量煤电技术的进步。
在化学工业中，这个概念被用来说明工艺过程中原料和产物的关系。能量转化率高的意思是原料的利用率高，这样的工艺过程就好，反之亦然。
许多投资者认为，从能量转化率出发，应该投资能量转化率高的产品作为煤化工的发展方向。
应该说这个说法是有一定的道理，提高能源利用的效率是工业发展的重要指标。但是，我们要综合考虑各种因素，能量转化率不是我们选择产品的最主要因素。
化工生产装置最重要的数据不是能量转化率，而是单位产品的综合能耗。“综合能耗是指统计报告期内，主要生产系统、辅助生产系统和附属生产系统的综合能耗总和”。[1]
综合能耗是最直接地表示一个产品在生产过程中消耗的能量，不管什么方式，对于同一种原料来说，转化的工艺不同，综合能耗就有差别。随着化工科研的继续，特别是催化剂的更新，节能技术的运用，某一种化工产品的综合能耗在不断下降。因此，工业界关心的是综合能耗，不是能量转化率，而理论界关心的是能量转化率，不是综合能耗。这就是目前双方的差距。
2.　能量转化率的定义
对于一个煤化工装置来说，能量转化率是最终出装置有效产品的热值之和与进装置各种原料热值的和之比。
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&ΣEo
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对于煤化工来说，“原料”是指煤、电、水、蒸汽、催化剂、溶剂等各种形式的物质流和能流的输入。“有效产品”是指主产物和有用的副产物。
这个问题不难，在装置设计完成以后，应该能够得到消耗定额，然后算出它的能耗值。而在装置稳定运行后，进行装置数据的测定，则是一件比较困难的事，通常称这项工作为标定。这两个数据之间有一定的差别。
笔者希望，工业界不要纠缠不同产品能量转化率的高低的比较，不要用能量转化率来引导投资的方向。该建什么装置就建什么装置，同时应该着手多想办法，在现有装置上节能降耗，这样就可以提高企业的经济效益，降低碳排放，配合政府实现在国际排放会议上的承诺，为改善人类居住环境做出贡献。
3.能量转化率的特性
能量转化率受表达范围限制，它可以是整个国家的、集团的、联合企业的、单个工程的、某一个工序的或单元设备的多种形式来表达，是由用户决定用它来表达什么问题而定。
能量转化率具有工程性、可变性和整体性的三大特点。
3.1　工程性　
能量转化率的讨论已经进行了很久，有的学者把这个数据当作理论数据来研究，指出某种工艺的能量转化率是多少，并对其作了评价，认为应不应该进行装置建设。
例如，有文献从理论上得到煤制甲醇和煤制柴油的理论能量转化率比例为1:0.438[2]，也就是说采用甲醇代油要比煤制油节约煤资源一半左右。事实上，这个说法是不妥的。煤制甲醇和煤制柴油不存在这样的固定比值，因为能量转化率不是一个理论值。
就单个工程而言，能量转化率是与工程设计和装置运行有关。也就是说，它与装置规模、原料的品质、工艺流程、关键设备的结构、装置内热力系统的配置等多方面的因素有密切关系。同一个装置设计，不同的设计院给出的能量转化率是不同的。同样的煤气化过程，不同的煤种和煤气化方法具有不同的能量转化率。目前，没有一种理论可以推算一类具体工程的能量转化率。
3.2　可变性
正因为是工程数据，一种工艺的能量转化率的数据是在不断变化的，不是一成不变的。随着工艺技术的进步，催化剂的改进，设备制造能力的提高等技术的发展，能量转化率的数据在变化。
以合成氨为例，七十年代的天然气制合成氨的吨氨能耗为42Gj，到上世纪末是29Gj，现在可以低于28Gj。三十多年来合成氨工业的进步，主要就体现在能耗的降低上，也就是能量转化率的提高。现在再要这样大幅度地提高是比较困难的了，再进步的幅度就很小了。
山西有个企业，在十年期间将原有的30万t/a合成氨装置，进行节能扩产50%的改造，并不增加总体系列，使合成氨的能耗从61
GJ/t 降至46
GJ/t，总投资仅为新建全套系列的48%。因此，节能改造是提高能量利用率的好办法。
目前，一些新兴的化工工艺正如三十多年前的合成氨工业一样，例如费托合成柴油，正在步入快速提高能量转化率的黄金时代。深入地进行科学研究，促使催化剂和工艺更新换代，有可能大幅度提高能量转化率。因此完全立足于这些工艺昨天和今天的能量转化率来判断是否需要发展，是有失公允的。
让我们来看看煤电工业的情况，更能说明这一点。我国的煤电工业，单位电量的煤耗在逐步下降，体现了能量转化率数据随技术进步而变化，见表1。
表1　我国历年供电标准煤耗与能量转化率
　　　　　　　　
用合成氨的进步和煤电的进步来判断合成柴油的进步，是可以比照的。早期估计合成柴油的能量转化率为35％，2009年合成柴油16万吨的示范厂考核数据已经超过40％，400万吨商业厂的设计值已经达到42-45％，进展很快。然而，今天费托合成柴油技术，还没有发展到难以进步的地步，新的催化剂和整体工艺还在不断提高。科学创新给费托合成柴油带来强大的生命力，我们对待这项技术，要看到它的明天。
3.3　综合性
在一股多种产品的联合装置中(多联产)，由于几条工艺线路中的能量利用是交叉的，公用工程不能够按照单独产品进行分割，这时候很难对每一种产品进行能耗的精确计算。产品越多，越难分割，只能作综合摊派计算。也就是说，某种产品的能耗中，一部分贡献来自于可以明确的原料，还有一部分贡献是摊派的估计值，最后综合成某一种产品的能耗值，而这个产品的能量转化率也只是一个平均值。
以目前国内大型石油化工企业为例，进入系统的能源原料为多种煤，多种原油，天然气和电等，产品有多达几十种，聚合物、有机原料、化肥、甲醇、精细化工产品等，同一种套装置用到几种原料并且生产几种产品，没有办法将它们一一分清。因此，这样的产品只能从总体上计算能量转化率的平均值。
能量转化率数据的比较是否重要
近期我们看到一些报道中，在有意无意地比较能量利用率的高低。特别是近来在一片赞扬分质利用的声音中，居然会出现分质利用的能量转化率达到75％以上。这已经形成对煤化工发展的误导，是非常有害的。为此，我们必须澄清关于能量利用率的作用，说明这些数据已经完全违背了能量利用率的物理意义，同时也会损害分质利用工艺的发展。
如何来比较能量利用率？这个问题的关键是，在比较能量转化率时，两者要首尾相应。
为了弄清这个问题，首先要了解能量转化率的具体数据是否重要。
这个问题要分以下多种情况来讨论：
(1)对同一种产品、同一种原料、不同的工艺作比较是重要的。
这个问题在设计工作中经常体现的，设计院要作工艺比较，其中最重要的指标就是能耗。不同工艺路线的能耗比较，往往决定了一种工艺路线的取舍。例如，采用低温甲醇洗来进行脱碳，就是因为其能耗比较低，效率高，因此是煤化工中首选的脱硫脱碳方法。
其实，这个比较的重要性体现在节能改造上。当原料和产品不变的情况下，如果实现增产节能改造，可以提高能量转化率。本文上面说到的山西这个企业是典型的例子，如果其它有条件的企业都这样做，节能减排可以真正拿到手，是一种实实在在的进步。
(2)对同一种产品、不同原料的比较是不重要的。
如果我们想得到甲醇，用天然气来作原料，明显比用煤来作原料的能耗低，这个结论已经是一个人所共知的常识。在一个只有煤资源的地方，去强调天然气化工的能量转化率如何高，不正是对牛弹琴吗？在这种地方只有强调节能改造、降低能耗。
然而事实是多么无情，由于我国天然气资源不足，有一些用天然气生产甲醇和合成氨的工厂，现在改用煤作原料。按照现在的说法是主动降低能量转化率，与理论界的想法背道而驰。
(3)对同种原料不同产品，这样的比较是不必要的。
近年来，这个问题非常热门，有学者要来证明煤制甲醇、煤制烯烃、电动车等比煤制柴油的能量转化率高[3]。这个比较有必要吗？
这里以煤制不同产品为例来研究这个问题。图1说明同样的标煤可以得到不同的产品，提供的能量是不同的。我们能否得到将煤生产甲烷和甲醇是最合理的结论呢？不能！因为我们还要看这个产品是否是国家需要的，能够替代别人的。图2说明，这些产品是不同的，它们的用途是不同的。
能量转化图
现在热门的甲醇汽油，代替的是汽油而不是柴油。在世界上，汽油是过剩的物资，柴油是缺额的物资，在当前的中国，也是这个局面。甲醇、乙醇、天然气、电动车、MTG等代替汽油，代来代去，越代汽油越过剩。
可以认为，柴油和汽油是有区别的，不宜相提并论。因此，甲醇汽油与煤制柴油不要混为一谈，将它们来比较能量转化率是毫无意义的。
总之，我们没有必要过分认真地用能量转化率作不同产品的横向比较。我国目前最大的煤化工产品是煤制合成氨，几十年来，它的建设从来都是国民经济中的农业需求来决定的，而非取决于氨和甲醇等产品的能耗差别。
(4)对不同煤种、同样产品的能量转化率的比较也意义不大
对不同品质的煤，同一规模、同样的产品也会有不同的结果，能量转化率的出入在5％左右是正常的。
出现这个现象，在于煤的品质不同。加工过程中的能耗自然不同，高品质的煤，可以采用效率较高的煤气化方法，反应温度低一些，氧耗也低一些，物耗能耗都可以下降，能量转化率当然就可能高一些。低品质的煤中有大量的水和灰渣，脱除这些物质，自然需要消耗一定的能量，能量转化率就可能低一些。源头在煤上，没有责备工艺的必要。
(5)对同一种原料、多种不同性质的产品，能量转化率的数据本身意义就不大，没有与其它工艺比较的必要性。
就以“分质利用”为例，分质利用的产品是柴油、石脑油、液化气的半焦，半焦的数量约占投入煤量的一半。现在得出个分质利用能量转化率为75％的数据，这个半焦还没有利用就算在最终产品油品中，往后利用时消耗的能量就可以为零了，可以只做功而不消耗能量，明显不合理。
5　示范装置为什么要规定能量转化率
　　目前国内煤化工科研热火朝天，工业化装置中新技术的出现，是我们国家强大和发展的标志。为此，国家有关部门要制定一个标准，希望工业化装置中新技术的应用能够在一个新的水平上，带领全国煤化工行业走上新的台阶。表2是有关部门拟定的一个示范装置能量转化率最低标准，对示范装置作刚性的约束。
解读这个表，是要求新的示范装置各自提高能量转化率，而不是要求全国将所有的煤都进行提质生产焦油和半焦，把煤化工厂都变成焦化厂。更没有意思表明“低品质煤提质”是煤制油中效率最高、煤制油的最佳技术。
　　　　　　　　　　　表2　示范装置能量转化率最低标准[4]
6． 保障基本能源和化学品的供给
在研究能量转化率的时候，我们不能忘记发展经济的目的是为了保障供给，现在的说法是满足市场需要。一旦发生迫切需要的时候，就是能量转化率低一些，也要生产出来，这里不妨以柴油为例。
国家对柴油的需要是一种刚性需求，它的作用是甲醇不能做到的。例如，到2008年底，我们全国有373万公里的公路[5]，路上跑的大部分是柴油车，强大的国防需求驱使我们为坦克、装甲车、舰船、潜艇和各种战车提供特殊的柴油。全国13亿人民的衣食要求，大部分是依靠柴油车来实现和满足，尤其是那些远离铁道线的地方。石油化工的发展，为这些柴油发动机提供了绝大部分的动力，这是不可动摇的刚性需求，甲醇汽油在这里难有用武之地。
特别要提醒一下，为了实现在全国能够供油畅通无阻，已经建立了一个庞大的供油和为车辆加油的系统。50年代全国加油站总量只有70座，70年代末发展到600座，90年代末为5000多座，现在已经建成了约10万个加油站，总资产约为4000亿，这是车用燃料的生命线。正是这条生命线，托起了我国公路运输的繁忙和保障了13亿人民的市场繁荣。
目前许多替代燃料的方案，要想推翻这个系统，是极其困难的。特别是如果要采用电动车，另起炉灶建立变电站和充电站，其投资很大，充电时间效率很低，使用上极不方便。因此，电动车用于城市小汽车或公交尚可，不宜作长途公路运输物流用。
我们还要提醒一下，通过煤制烯烃的工艺，长长的流程导致能量转化率很低。国内在建的两个甲醇制丙烯装置MTP和煤制低碳烯烃装置MTO，包括将石脑油、碳四和LPG计入产品在内，能量转化率都在35-40%左右，可以肯定，煤制烯烃的能量转化率低于费托合成柴油。但是本文还是肯定地告诉大家，煤制油和煤制烯烃各做各的，各自把自己的事情做好，没有谁比谁好的问题，对于国家来说，两者都需要。
目前国内对煤制甲烷给予了很大的热情，几个煤制甲烷装置已经获得国家发改委的批准。这是由于我国的天然气资源不足和进口天然气的数量仍然不能满足国内需要，因此做出了这样的决定，用煤制甲烷来补充天然气的不足，与能量转化率的高低无关。
(1)能量利用率的比较在有些情况下是重要的，在有些情况下是不重要的。
(2)能量转化率作为一种有效工具，在我们了解工艺过程中发挥了巨大的作用，但是我们不能走向极端，不能将装置建设的能量转化率作为唯一判据。
(3)在比较能量转化率时，要首(原料)尾(产品)相同。
(4)煤制甲醇和煤制甲烷的能量转化率高，不是因为这两个工艺有多特殊，根本在与它们的流程比较短。这不能与煤制聚烯烃相比，后者的流程很长，碳链打断接合几次，能耗自然就高了。
(5)“低品质煤提质”的能量转化率75％，是靠投入煤量的40-50％生产半焦来维持的，把处理半焦的任务交给社会去解决，这说明这样的装置是个不完整的，还有很多后续装置要建立。
(6)选择产品的首要原则是国家的需求和技术的成熟度。
[1]“综合能耗计算通则”,中华人民共和国国家标准,GB/T
[2]“全国化工行业循环经济的发展趋势”,,
六鉴化工咨询网&
[3]“煤制‘三烃’优于煤制油”，中国化工报，
[4] 陈继军等，“煤化工示范项目技术规范上报国务院”，中国化工报，
[5]“中国公路通车总里程60年增长45倍”，中央政府门户网站　，
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