化學(xué)與能源思考題與習(xí)題解答

第十 化學(xué)與能COSO2，石油（汽油）在燃燒過(guò)程中產(chǎn)CO，因此石油產(chǎn)生的污染比煤炭輕。0~100之間，并對(duì)應(yīng)于汽油的標(biāo)號(hào)，80號(hào)的汽油表示汽油中80%20%的其他烴類(lèi)。答：錯(cuò)，汽油的辛烷值可衡量汽油的抗震性，并對(duì)應(yīng)于汽油的標(biāo)號(hào)，8080%20%為了避免含鉛汽油對(duì)大氣的污染，近年來(lái)世界各國(guó)普遍采用了甲基叔丁基醚（MTBE答：不確切，甲基叔丁基醚（MTBE）添加劑在某些國(guó)家（如美國(guó)）2010100%。答化石燃料包 煤、石油和天然 ，我國(guó)是以 消費(fèi)為主的國(guó)家煤是由古代植物轉(zhuǎn)化而來(lái)的，煤的煤化過(guò)程包括了植物殘骸→腐殖質(zhì)→ 褐煤→ 煙煤→ 無(wú)煙煤階段，若根據(jù)煤化的程度不同可將煤分為四類(lèi)，若根據(jù)煤炭中硫的含量不同又可將煤分 泥煤、褐煤、煙煤和無(wú)煙 四類(lèi)煤的綜合利用方法主要包 煤的焦化、煤的氣化和煤的液 為了提高汽油的辛烷值，可采取兩種途徑，一是直鏈烷烴催化重整變成帶支鏈的烷烴，二是向汽油中添加抗震劑 重視：一是電站的運(yùn)行安全 ，一是核廢料的處理 克的主要技術(shù)問(wèn)題是反應(yīng)有足夠的溫度，能夠控制反應(yīng)速率 堿性鋅錳電池是第三代鋅錳電池。它克服了傳統(tǒng)鋅錳電池石墨電極極化，電池漏 的缺點(diǎn)，其特征是電解液由原來(lái)的中性電解液變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性電解液，負(fù)極鋅也由原來(lái)的鋅片變?yōu)殇\粉。制約氫能源大規(guī)模應(yīng)用的因素為廉價(jià)制取技術(shù)及氫的安全、方便貯存、運(yùn)輸，最有希望突破的途徑有熱化學(xué)分解制氫法、光化學(xué)制氫法、太陽(yáng)能電池電解水制氫法和生物制氫法。1稱(chēng)核分裂反應(yīng)，它是用中子 ）轟擊較重原子核，使之分裂成較輕原子核的反應(yīng)鋰電池是用金屬鋰作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池的總稱(chēng),又稱(chēng)為鋰原子電池；而鋰離子電池的活早期的普通鋅錳電池是糊式電池，外殼用鋅皮作為負(fù)極，NH4Cl、ZnCl2等制成糊狀混合物作電解質(zhì)溶液，MnO2是正極，石墨碳棒起導(dǎo)電作用。糊式鋅錳電池可用下式表示：（－）Zn│ZnCl2，NH4Cl（糊狀）│MnO2│C（－）Zn│KOH(7～9mol?L–1)│MnO2│C(+H2、COCH4等。（1）石油（2）氫氣（3）乙醇（6）沼氣（7）鋰離子電池（8）煤（9）（10）電 （11）風(fēng) （12）潮汐

可再生能源（如潮汐能非再生能源（如煤炭、石油、沼氣、核能二次能 鋰離子電池、乙醇、電力、氫氣、沼氣寫(xiě)出下列幾種電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)方程式普通鋅錳電池；（－）Zn│ZnCl2，NH4Cl（糊狀）│MnO2│C Zn2+(aq)+2e－2MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e－ Mn2O3(s)+2NH3(aq)+H2OZn(s)+2MnO2(s)+ Zn2+(aq)+Mn2O3(s)+2NH3(ag)+H2O(l)（－）Zn│KOH(7～9mol?L–1)│MnO2│C(+負(fù)極反 Zn(s)+2OH－(aq)ZnO(s)+正極反 MnO2(s)+2H2O(l)+2e－ Mn(OH)2(s)+電池反 Zn(s)+MnO2(s)+ ZnO(s)+Mn(OH)2(s)

（－）Pb│H2SO4│PbO2 負(fù)極反 Pb(s)+SO2－(aq)PbSO(s)+ 正極反 PbO2(s)+4H+(aq)+SO2－(aq)+2e－PbSO(s)+ 電池反 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+（（

│H2│KOH│NiO(OH)│C(+負(fù)極反 H2(g)+2OH－(aq)2H2O(l)+正極反 2NiO(OH)(s)+2H2O(l)+ 2Ni(OH)2(s)+2OH－(aq)電池反 H2(g)+ 2Ni(OH)2(s)正極反 放

Li1–xMO2＋xLi+＋負(fù)極反 nC＋xLi+＋ 放

電池反 放 Li1–xMO2＋（一）C│H2│KOH│O2│C（+） H2(g)+2OH－(aq)2H2O(l)+2e－正極反 O2(g)+2H2O(l)+4e－電池反 2H2(g)+O2(g)（C（s+H2O（g）=H2（g+CO（g總會(huì)有一些能量變成熱而擴(kuò)散到環(huán)境中。例如，欲往某體系輸入ｘkJ的熱量，實(shí)際上提供xkJ。解：1molC（s）+ H –393.51–0–0 –393.511mol H2O（g） –110.525–(–241.82)–0 131.295 CO（g）+1/2O2（g）= –393.51–(–110.525)–0 –282.985 H2（g）+1/2O2（g） H –241.82–0–0 –241.82ΔHΘ =ΔfH

+ΔH

+Δ

=131.295+(–282.985)+=–393.51某天然氣的體積百分組成為：CH485.0%，C2H610.0%的溫度為298K，壓力為111kPa，試計(jì)算燃燒1.00 這種天然氣的 是多少解：1.00m3天然氣，CH4C2H6CH4：1.00×85.0%=0.85 C2H6：1.00×10.0%=0.10根據(jù)理想氣體狀態(tài)方 CH4C2H6CH4：n=PV/RT=111×0.85×1000/(8.314×298)=38.08C2H6：n=PV/RT=111×0.10×1000/(8.314×298)=4.48 2 CO2（g）+ =(–393.51)+2×(–241.82)–(–74.85)–0 –802.30 QCH=nΔrHΘm=38.08×(–802.30)=–30551.58C2H6燃燒放出的熱量 5/2 2CO2（g）+ =2×(–393.51)+3×(–241.82)–(–83.68)–0 –1428.8 QC2H6=n

=4.48×(–1428.8)=–6401.021.00m3這種天然氣的ΔHΘH298=Q

QCH4

=(–30551.58)+(–6401.02)=–36952.60答1.00m3ΔH

298 –36952.60kJ 1m3煤氣（100kPa，273K）含量解：1.00m3煤氣，C3H8、COH2、CH40.04m3、0.05m3、0.305m3、0.520根據(jù)理想氣體狀態(tài)方 C3H8、COH2、CH4C3H8：n=PV/RT=100×0.04×1000/(8.314×273)=1.76mol n=PV/RT=100×0.05×1000/(8.314×273)=2.02molH2： n=PV/RT=100×0.305×1000/(8.314×273)=13.44molCH4：n=PV/RT=100×0.52×1000/(8.314×273)=22.91C3H8（gCO（g /(kJ.mol–1)分別為:–2220.0、–282.985、–241.82、 1.00m3煤氣燃燒放出的熱量為(–2220.0)×1.76+(–282.985)×2.02+(–241.82)×13.44+=–28125.7答：1m3煤氣（100kPa，273K）燃燒時(shí)所放出的熱量為–28125.7kJ某油田原油的組成如下，計(jì)算此原油的燃燒熱值是多少含量解：設(shè)原油的組成為CnHmOxNySz,CnHmOxNySz（l）+(2n+m/2+2y+2z–x)/2nCO2（g）m/2)H2O（g）yNO2（g）zSO2（g）kg原油含C、H、N、S的物質(zhì)的量分別為：(1000×0. /=71.7(1000×0.1214)/=121.4(1000×0.0020)/=0.01429(1000×0.0015)=0.0469n

H（CO2）+m/2

H（NO2）+z

=71.7×(–393.51)+121.4/2×(–241.82)+0.01429×(+33.18)+=–42882.45答42882.45kJ·kg–11.0×106kW3.5×106t（標(biāo)準(zhǔn)煤30×106J·ｔ–1）試問(wèn)同樣規(guī)模的核電站，每年需要核燃料鈾–235kg？3×105kW，每年需要核燃料鈾–235kg?解：煤燃燒放出的總熱量為：3.5×106t×30×106J·t–11.05×1014設(shè)每克鈾–2358.1×107kJ·g1.05×1012kJ熱量，需要鈾–235（1.05×1014）/（8.1×107）=1.29×106g=1290×1063×105kW,需要鈾–235為[(3×105)/(1×10６)]×1.29×106=3.87×105g=3873×105kW，每年需要核燃料鈾–235387kg 226Ra 222Rn+ 試計(jì)算若1molRa226放射性衰變釋放出來(lái)的能量為多少kJ？（4He 解：1molRa鐳－226Δm=222+4.0015–225.9771=0.0244E=Δm·c2E=Δm·c2=0.0244×10–3×(3×108)2=2.196×1012J·mo1–1=2.196×109(答：1molRa鐳－2262.196×109kJ·mo1–1E=Δm·c2