化学与能源思考题与习题解答

第十 化学与能COSO2，石油（汽油）在燃烧过程中产CO，因此石油产生的污染比煤炭轻。0~100之间，并对应于汽油的标号，80号的汽油表示汽油中80%20%的其他烃类。答：错，汽油的辛烷值可衡量汽油的抗震性，并对应于汽油的标号，8080%20%为了避免含铅汽油对大气的污染，近年来世界各国普遍采用了甲基叔丁基醚（MTBE答：不确切，甲基叔丁基醚（MTBE）添加剂在某些国家（如美国）2010100%。答化石燃料包 煤、石油和天然 ，我国是以 消费为主的国家煤是由古代植物转化而来的，煤的煤化过程包括了植物残骸→腐殖质→ 褐煤→ 烟煤→ 无烟煤阶段，若根据煤化的程度不同可将煤分为四类，若根据煤炭中硫的含量不同又可将煤分 泥煤、褐煤、烟煤和无烟 四类煤的综合利用方法主要包 煤的焦化、煤的气化和煤的液 为了提高汽油的辛烷值，可采取两种途径，一是直链烷烃催化重整变成带支链的烷烃，二是向汽油中添加抗震剂 重视：一是电站的运行安全 ，一是核废料的处理 克的主要技术问题是反应有足够的温度，能够控制反应速率 碱性锌锰电池是第三代锌锰电池。它克服了传统锌锰电池石墨电极极化，电池漏 的缺点，其特征是电解液由原来的中性电解液变为离子导电性更好的碱性电解液，负极锌也由原来的锌片变为锌粉。制约氢能源大规模应用的因素为廉价制取技术及氢的安全、方便贮存、运输，最有希望突破的途径有热化学分解制氢法、光化学制氢法、太阳能电池电解水制氢法和生物制氢法。1称核分裂反应，它是用中子 ）轰击较重原子核，使之分裂成较轻原子核的反应锂电池是用金属锂作为负极活性物质的电池的总称,又称为锂原子电池；而锂离子电池的活早期的普通锌锰电池是糊式电池，外壳用锌皮作为负极，NH4Cl、ZnCl2等制成糊状混合物作电解质溶液，MnO2是正极，石墨碳棒起导电作用。糊式锌锰电池可用下式表示：（－）Zn│ZnCl2，NH4Cl（糊状）│MnO2│C（－）Zn│KOH(7～9mol•L–1)│MnO2│C(+H2、COCH4等。（1）石油（2）氢气（3）乙醇（6）沼气（7）锂离子电池（8）煤（9）（10）电 （11）风 （12）潮汐

可再生能源（如潮汐能非再生能源（如煤炭、石油、沼气、核能二次能 锂离子电池、乙醇、电力、氢气、沼气写出下列几种电池的电极反应和电池反应（化学反应方程式普通锌锰电池；（－）Zn│ZnCl2，NH4Cl（糊状）│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(+负极反 Zn(s)+2OH－(aq)ZnO(s)+正极反 MnO2(s)+2H2O(l)+2e－ Mn(OH)2(s)+电池反 Zn(s)+MnO2(s)+ ZnO(s)+Mn(OH)2(s)

（－）Pb│H2SO4│PbO2 负极反 Pb(s)+SO2－(aq)PbSO(s)+ 正极反 PbO2(s)+4H+(aq)+SO2－(aq)+2e－PbSO(s)+ 电池反 Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+（（

│H2│KOH│NiO(OH)│C(+负极反 H2(g)+2OH－(aq)2H2O(l)+正极反 2NiO(OH)(s)+2H2O(l)+ 2Ni(OH)2(s)+2OH－(aq)电池反 H2(g)+ 2Ni(OH)2(s)正极反 放

Li1–xMO2＋xLi+＋负极反 nC＋xLi+＋ 放

电池反 放 Li1–xMO2＋（一）C│H2│KOH│O2│C（+） H2(g)+2OH－(aq)2H2O(l)+2e－正极反 O2(g)+2H2O(l)+4e－电池反 2H2(g)+O2(g)（C（s+H2O（g）=H2（g+CO（g总会有一些能量变成热而扩散到环境中。例如，欲往某体系输入ｘkJ的热量，实际上提供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某天然气的体积百分组成为：CH485.0%，C2H610.0%的温度为298K，压力为111kPa，试计算燃烧1.00 这种天然气的 是多少解：1.00m3天然气，CH4C2H6CH4：1.00×85.0%=0.85 C2H6：1.00×10.0%=0.10根据理想气体状态方 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燃烧放出的热量 5/2 2CO2（g）+ =2×(–393.51)+3×(–241.82)–(–83.68)–0 –1428.8 QC2H6=n

=4.48×(–1428.8)=–6401.021.00m3这种天然气的ΔHΘH298=Q

QCH4

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

298 –36952.60kJ 1m3煤气（100kPa，273K）含量解：1.00m3煤气，C3H8、COH2、CH40.04m3、0.05m3、0.305m3、0.520根据理想气体状态方 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)分别为:–2220.0、–282.985、–241.82、 1.00m3煤气燃烧放出的热量为(–2220.0)×1.76+(–282.985)×2.02+(–241.82)×13.44+=–28125.7答：1m3煤气（100kPa，273K）燃烧时所放出的热量为–28125.7kJ某油田原油的组成如下，计算此原油的燃烧热值是多少含量解：设原油的组成为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的物质的量分别为：(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（标准煤30×106J·ｔ–1）试问同样规模的核电站，每年需要核燃料铀–235kg？3×105kW，每年需要核燃料铀–235kg?解：煤燃烧放出的总热量为：3.5×106t×30×106J·t–11.05×1014设每克铀–2358.1×107kJ·g1.05×1012kJ热量，需要铀–235（1.05×1014）/（8.1×107）=1.29×106g=1290×1063×105kW,需要铀–235为[(3×105)/(1×10６)]×1.29×106=3.87×105g=3873×105kW，每年需要核燃料铀–235387kg 226Ra 222Rn+ 试计算若1molRa226放射性衰变释放出来的能量为多少kJ？（4He 解：1molRa镭－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镭－2262.196×109kJ·mo1–1E=Δm·c2