Question

18．能源是經(jīng)濟(jì)增長與社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，美國馬奇蒂博士對世界一次能源替代趨勢曾作如下預(yù)測：
回答下列問題：

（1）圖1中化石能源中屬于較清潔的能源是天然氣．
（2）核電廠的燃料一般由0.71%鈾-235、99.28%鈾-238 及 0.0058%鈾-234 組成．
①²³⁵U、²³⁸U、²³⁴U 三種核素之間的關(guān)系是同位素．
②470g核素${\;}_{92}^{235}$U發(fā)生裂變反應(yīng)：${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂變}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，凈產(chǎn)生的中子（ n）為18N_A．
（3）圖2是氫能的制備及利用的途徑之一，涉及能量轉(zhuǎn)化方式有ac．
a．光能→化學(xué)能  b．電能→化學(xué)能  c．化學(xué)能→電能
（4）目前玉米秸稈常用于制生物質(zhì)乙醇，已知乙醇的燃燒熱為1366.8kJ•mol^-1．
①乙醇完全燃燒的熱化學(xué)方程式為C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.8KJ/mol．
②圖3是乙醇燃料電池，a極發(fā)生的電極反應(yīng)為C₂H₅OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③乙醇氧化或水蒸氣重整可以制取氫氣：
氧化重整：C₂H₅OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂ （g）△H=-554.0kJ•mol^-1
水蒸氣重整：CH₃OH（l）+3H₂O（l）=2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+174.2kJ•mol^-1
實際生產(chǎn)中采用氧化水蒸氣聯(lián)合重整，為維持熱平衡，理論上參加水蒸氣重整的乙醇與氧化重整的乙醇的物質(zhì)的量之比為3.18（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 （1）天然氣與煤炭、石油等能源相比具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢，據(jù)此進(jìn)行分析；
（2）①質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子互稱為同位素；
②${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂變}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，凈產(chǎn)生的中子為10-1=9個；
（3）圖2是氫能的制備及利用的途徑之一，涉及能量轉(zhuǎn)化方式有光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
（4）①依據(jù)燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量寫出熱化學(xué)方程式；
②a極為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)方程式；
③為維持熱平衡，即水蒸氣重整與氧化重整熱量相同，
氧化重整：①C₂H₅OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂ （g）△H=-554.0kJ•mol^-1
水蒸氣重整：②CH₃OH（l）+3H₂O（l）=2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+174.2kJ•mol^-1，要使①②熱量相同，即①×174.2，即參加反應(yīng)的CH₃OH為174.2CH₃OH，②×554.0，即參加反應(yīng)的CH₃OH為554.0CH₃OH，故水蒸氣重整的乙醇與氧化重整的乙醇的物質(zhì)的量之比為554CH₃OH：174.2CH₃OH=3.18，據(jù)此進(jìn)行分析．

解答 解：（1）天然氣與煤炭、石油等能源相比具有使用安全、熱值高、潔凈等優(yōu)勢，故圖1中化石能源中屬于較清潔的能源是天然氣，
故答案為：天然氣；
（2）①質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的原子互稱為同位素，故²³⁵U、²³⁸U、²³⁴U 三種核素之間的關(guān)系是同位素，
故答案為：同位素；
②${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂變}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，凈產(chǎn)生的中子為10-1=9個，235g核素${\;}_{92}^{235}$U發(fā)生裂變反應(yīng)凈產(chǎn)生的中子（₀¹n）數(shù)為9N_A，則470g核素${\;}_{92}^{235}$U發(fā)生裂變反應(yīng)凈產(chǎn)生的中子（₀¹n）數(shù)為18N_A，
故答案為：18N_A；
（3）圖2是氫能的制備及利用的途徑之一，涉及能量轉(zhuǎn)化方式有光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，
故答案為：ac；
（4）①依據(jù)燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，25℃、101kPa乙醇的燃燒熱為1366.8kJ•mol^-1，熱化學(xué)方程式為C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.8KJ/mol，故答案為：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.8KJ/mol；
②a極為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故電極反應(yīng)方程式為C₂H₅OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：C₂H₅OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③為維持熱平衡，即水蒸氣重整與氧化重整熱量相同，
氧化重整：①C₂H₅OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂ （g）△H=-554.0kJ•mol^-1
水蒸氣重整：②CH₃OH（l）+3H₂O（l）=2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+174.2kJ•mol^-1，要使①②熱量相同，即①×174.2，即參加反應(yīng)的CH₃OH為174.2CH₃OH，②×554.0，即參加反應(yīng)的CH₃OH為554.0CH₃OH，故水蒸氣重整的乙醇與氧化重整的乙醇的物質(zhì)的量之比為554CH₃OH：174.2CH₃OH=3.18，
故答案為：3.18．

點評 本題考查能源使用問題，同位素，能量轉(zhuǎn)化，熱化學(xué)方程式的書寫，以及電極方程式的書寫等，本題難度中等．