工科化学答案第十章化学与能源

1、（能源化工行业）工科化学 答案第十章化学与能源20xx年xx月多年的企业咨询豉问经验.经过实战验证可以落地机行的卓越管理方案，值得您下载拥有第十章化学和能源思考题和习题解答1. 下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。（ 1 ）煤的气化是指在隔绝空气条件下加强热，使煤中有机物转化成焦炭和可燃性气体的过程。答：错，煤的气化是指在氧气不足的条件下进行部分氧化，使煤中有机物转化成可燃性气体的过程。（2）煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为co和so2,石油（汽油）在燃烧过程中产生的主要污染物为co ，因此石油产生的污染比煤炭轻。答：不确切，煤炭在燃烧过程中产生的主要污染物为 so2、 nox 和 co

2、 ，石油（汽油）在燃烧过程中产生的主要污染物为 co、 nox 和 hc ，相对而言，石油产生的污染比煤炭轻。（3）汽油的辛烷值分布在0100 之间，且对应于汽油的标号， 80 号的汽油表示汽油中含有80%辛烷和20%的其他烃类。答：错，汽油的辛烷值可衡量汽油的抗震性，且对应于汽油的标号， 80 号的汽油表示该汽油的抗震性相当于80%异辛烷和20%的正庚烷混合物的抗震性。（ 4 ）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 ） 、甲基叔戊基醚（ tame ）取代四乙基铅作汽油添加剂。答：不确切，甲基叔丁基醚（ mtbe ）添加剂在某些国家（如美国）已被禁止使用

3、。（ 5 ）发展核能是解决目前能源危机的重要手段，近年来北欧和我国政府均采取了积极的态度，加快核电站的建设。答：不确切，欧美大部分发达国家，基本上停建核电站或提前关闭核电站，北欧国家甚至通过立法，要求在2010 年前关闭已有核电站。（ 6 ）能引起环境污染的电池主要有铅蓄电池、镉镍电池、氧化汞电池等，由于锌、锰元素对环境的危害很小，因此锌锰电池是无污染电池。答：错，在生产的锌锰电池时，为了防止电池中锌溶解释放氢气，常在电池糊状液中放入氯化汞。（ 7 ）在燃料电池中且没有发生直接的燃烧反应，它通过原电池原理不断的将燃料直接转变为电能，这种电池能量转换效率高，理论上可达100% 。答：正确2.填空

4、题（ 1 ）化石燃料包括 煤、石油和天然气 ，我国是以 煤 消费为主的国家。（2）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-泥煤-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为 泥煤、褐煤、烟煤和无烟煤 四类。（ 3 ）煤的综合利用方法主要包括煤的焦化、煤的气化和煤的液化 。（ 4 ） 为了提高汽油的辛烷值，可采取俩种途径， 壹是 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 。（ 5 ）发展核电曾被国际上认为是解决电力缺口的重要选择。但有俩个问题必须引起高度重视：壹是 电站的运行安全 ，壹是 核废料的处理。

5、（ 6 ）核聚变反应比核裂变反应作为能源更有发展前途，但要实现核聚变反应发电，应攻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。（ 7 ）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，电池漏液的缺点，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。（8）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 。3.区别下列概念（1）壹次能源和二次能源通常把存在于自然界中的可直接利用其能量的能源称为壹次能源；而把必须用其它能

6、源制取 或产生的能源称为二次能源（2）再生能源和非再生能源不随人类的利用显著减少的能源称为再生能源，诸如风、流水、潮汐、地热、日光及草木燃烧；而化石燃料和核燃料等随人类的利用减少的能源称为非再生能源。（3）核聚变和核裂变核聚变反应是由俩种轻核结合成壹个重核，同时释放出巨大能量的变化过程；核裂变反应又称核分裂反应，它是用中子（）和较重原子核，使之分裂成较轻原子核的反应。（4）壹次电池和二次电池壹次电池为放电后不能再重复使用的电池；二次电池是指电极活性物质经氧化仍原反应向外输出电能（放电）而被消耗之后，能够用充 电的方法使活性物质恢复的电池，也称为可充电电池。（5）锂电池和锂离子电池锂电池是用金属

7、锂作为负极活性物质的电池的总称，又称为锂原子电池；而锂离子电池的活性物质为锂离子。在锂离子电池中正、负极材料为li+嵌入化合物。在充、放电过程中，li+在俩个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象地称为“摇椅电池”（6）普通锌镒电池和碱性锌镒电池早期的普通锌镒电池是糊式电池，外壳用锌皮作为负极，nh4c1、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。糊式锌镒电池可用下式表示：（-）zn zncl2, nh4c1 （糊状）mno2 c（+）碱性锌镒电池是第三代锌镒电池。其重要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。碱性锌

8、镒电池可用下式表示：（-）zn koh（7 9mol?l- 1） mno2 c（+）（7）煤的气化和煤的干镭煤的气化是指煤在氧气不足的情况下进行部分氧化，使煤中的有机物转化为含有h2、co等可燃性气体的过程，因此煤气的有效成分主要是h2、co和ch4等。煤的干储又称煤的焦化，是指煤和空气隔绝加强热时，煤分解成固态的焦炭、液态的煤焦油 和气态的煤气（焦炉气）的过程。4 .试根据不同的能源分类方法，对下列能源分类：（1）石油（2）氢气（3）乙醇（6）沼气（7）锂离子电池（8）煤（9）核能（10）电力（11） 风能（12）潮汐能常规能源（可再生能源（如潮汐能）壹次能源j非再生能源（如煤炭、石油、沼气

9、、核能）能源新能源可再生能源（如风能）非再生能源锂离子电池、乙醇、电力、氢气、沼气等二次能源5 .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)普通锌镒电池；锌镒电池可用下式表示：(-)zn zncl2, nh4c1 (糊状)mno2 c(+)接通外电路放电时，负极上锌进行氧化反应zn(s)zn2+(aq)+2e 正极上mno2发生仍原反应2mno2(s)+2nh4+(aq)+2e mn2o3(s)+2nh3(aq)+h2o电池总反应为zn(s)+2mno2(s)+2nh4+(aq)zn2+(aq)+mn2o3(s)+2nh3(ag)+h2o(l)碱性锌镒电池；碱性锌镒电池可用下式表示

10、：(-)zn koh(7 9mol?l- 1) mno2 c(+)负极反应 zn(s)+2oh (aq)zno(s)+h2o(l)+2e 正极反应 mno2(s)+2h2o(l)+2e mn(oh)2(s)+2oh (aq)电池反应 zn(s)+mno2(s)+h2o(l)zno(s)+mn(oh2(s)铅蓄电池；铅蓄电池可用下式表示：(-)pb h2so4 pbo2( +)放电时，反应为：负极反应 pb(s)+so42 (aq)pbso4(s)+2e 正极反应 pbo2(s)+4h+(aq)+so42 (aq)+2epbso4(s)+2h2o(l)电池反应 pb(s)+pbo2(s)+2h2

11、so4(aq)2pbso4(s)+2h2o(l)氢馍电池；氢馍电池可用下式表示：(壹) h2 koh nio(oh) c(+)放电时，反应为：负极反应 h2(g)+2oh (aq)2h2o(l)+2e 正极反应 2nio(oh)(s)+2h2o(l)+2e 2ni(oh)2(s)+2oh - (aq)电池反应 h2(g)+2nio(oh)(s)2ni(oh)2(s)锂离子电池；锂离子电池的符号表达式为：(壹)cn liclo4 ec+dec limo2 ( + )充放电时，反应为：正极反应 limo2li1 xmo2 + xil+u xe负极反应 nc + xli+ +xelixcn电池反应

12、limo2 +ncli1 imo2 + lixcn碱性氢氧燃料电池。碱性氢氧燃料电池反应可由下式表示： (壹)c h2 koh 02 c(+)负极反应 h2(g)+2oh (aq)2h2o(l)+2e 正极反应 o2(g)+2h2o(l)+4e - 40h - (aq 电池反应 2h2(g)+o2(g)2h20(1)6 .煤和由煤和水蒸气反应(c (s) +h20 (g) =h2 (g) +c0 (g)而得的水煤气(co和h2等物质量的混合物)都可用做燃料，设煤含碳 80%,其余可燃成份忽略不计。试通过计 算说明，在实际应用中以水煤气代替煤作燃料的优缺点。(提示：在任何能量转换过程中，总会有壹

13、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，实际上提供的热量要远多于xkj)。解：1mo1纯煤完全燃烧放出热量为：c (s) +02 (g) =c02 (g) /(kj.mol - 1)00 w93.51 1= t93.51 -0-0= w93.51kj.mol - 1 1mol纯煤转化为水煤气，然后完全燃烧放出的热量由下列反应实现：(1) c (s) +h2o (g) =h2 (g) +co (g)/(kj.mol - 1)0 w41.820 t10.525=t10.525 -( t241.82) -0=131.295kj.mol - 1(2) co (g) +1/2o2

14、(g) =co2 (g)/(kj.mol - 1) -110.5250 - 393.51,2= 4393.51 -(-110.525) -0= w82.985kj.mol - 1(3) h2 (g) +1/2o2 (g) =h2o (g)/(kj.mol - 1)00 t241.82,3= 241.82 -0 -0= n41.82kj.mol - 1 =afh 0m,1+ afh m,3+afh 0.85 1000/(8.314 298)=38.08molc2h6 : n=pv/rt=111 c.10 1000/(8.314 298)=4.48molch4燃烧放出的热量：ch4 (g) +2o

15、2 (g) =co2 (g) +2h2o (g) /(kj.mol - 1) 850 93.51 241.82 =(93.51)+2 (x241.82) 1 74.85) -0= 602.30kj.mol - 1=n arh 0.305 1000/(8.314 273)=13.44molch4: n=pv/rt=100 x0.52 1000/(8.314 273)=22.91mol100kpa 和 298.15k 下 c3h8 (g)、co (g)、h2 (g)、ch4 (g)的标准燃烧热 /(kj.mol - 1)分 别为：2220.0、282.985、n41.82、690.3.1.00m3

16、煤气燃烧放出的热量为：(72220.0)仅76+( n82.985) 2.02+(241.82) 13.44+(690.3) 22.91=28125.7kj答：1m3煤气(100kpa, 273k)燃烧时所放出的热量为28125.7kj。9 .某油田原油的组成如下，计算此原油的燃烧热值是多少( kj kg-1) ?组分chons灰分水分含量/%86.0412.140.540.200.150.030.7解：设原油的组成为cnhmoxnysz,则燃烧反应为：cnhmoxnysz (l) +(2n+m/2+2y+2z 二)/2o2 (g)=nco2 (g) +(m/2)h2o (g) +yno2 (

17、g) +zso2 (g)每kg原油含c、h、n、s的物质的量分别为：c:(1000 0.8604)/12=71.7molh:(1000 0.1214)/1=121.4moln:(1000 0.0020)/14=0.01429mols:(1000 00015)/32=0.0469mol原油燃烧热值为：n (co2) +m/2 (h2o) +y (no2) +z (so2)=71.7 44393.51)+121.4/2 (7241.82)+0.01429 (+33.18)+0.0469 ( -297.04)=w2882.45(kj kgt)答：此原油的燃烧热值是，2882.45kj kg t。10

18、 .壹座每年发电量为 1.0x106kw的大型发电站，每年要耗标准煤3.5x106t,(标准煤的高发热值为30x 106j t t)试问同样规模的核电站，每年需要核燃料铀-235多少kg?秦山核电站某机组装机容量为 3x 105kw,每年需要核燃料铀-235多少kg?解：煤燃烧放出的总热量为：3.5x 106tx 30x 106jtt=1.05x1014j设每克铀-235裂变释放8.1 x 107kj g t则释放1.05 x 1012kj热量，需要铀-235为：(1.05x 1014) / (8.1 x 107) =1.29x 106g=1290x 106kg秦山核电站某机组装机容量为3x 105kw,需要铀-235为：(3 x 105)/(1 x 10 6 ) x 1.29 x 106=3.87 x 105g=387kg答：发电量为1.0x106kw的核电站每年需要核燃料铀-235为129