Question

18．能源是经济增长与社会发展的重要物质基础，美国马奇蒂博士对世界一次能源替代趋势曾作如下预测：
回答下列问题：

（1）图1中化石能源中属于较清洁的能源是天然气．
（2）核电厂的燃料一般由0.71%铀-235、99.28%铀-238 及 0.0058%铀-234 组成．
①²³⁵U、²³⁸U、²³⁴U 三种核素之间的关系是同位素．
②470g核素${\;}_{92}^{235}$U发生裂变反应：${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂变}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，净产生的中子（ n）为18N_A．
（3）图2是氢能的制备及利用的途径之一，涉及能量转化方式有ac．
a．光能→化学能  b．电能→化学能  c．化学能→电能
（4）目前玉米秸秆常用于制生物质乙醇，已知乙醇的燃烧热为1366.8kJ•mol^-1．
①乙醇完全燃烧的热化学方程式为C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.8KJ/mol．
②图3是乙醇燃料电池，a极发生的电极反应为C₂H₅OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③乙醇氧化或水蒸气重整可以制取氢气：
氧化重整：C₂H₅OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂ （g）△H=-554.0kJ•mol^-1
水蒸气重整：CH₃OH（l）+3H₂O（l）=2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+174.2kJ•mol^-1
实际生产中采用氧化水蒸气联合重整，为维持热平衡，理论上参加水蒸气重整的乙醇与氧化重整的乙醇的物质的量之比为3.18（结果保留3位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）天然气与煤炭、石油等能源相比具有使用安全、热值高、洁净等优势，据此进行分析；
（2）①质子数相同，中子数不同的原子互称为同位素；
②${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂变}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，净产生的中子为10-1=9个；
（3）图2是氢能的制备及利用的途径之一，涉及能量转化方式有光能转化为化学能，化学能转化为电能；
（4）①依据燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量写出热化学方程式；
②a极为负极，失电子发生氧化反应，据此书写电极反应方程式；
③为维持热平衡，即水蒸气重整与氧化重整热量相同，
氧化重整：①C₂H₅OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂ （g）△H=-554.0kJ•mol^-1
水蒸气重整：②CH₃OH（l）+3H₂O（l）=2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+174.2kJ•mol^-1，要使①②热量相同，即①×174.2，即参加反应的CH₃OH为174.2CH₃OH，②×554.0，即参加反应的CH₃OH为554.0CH₃OH，故水蒸气重整的乙醇与氧化重整的乙醇的物质的量之比为554CH₃OH：174.2CH₃OH=3.18，据此进行分析．

解答 解：（1）天然气与煤炭、石油等能源相比具有使用安全、热值高、洁净等优势，故图1中化石能源中属于较清洁的能源是天然气，
故答案为：天然气；
（2）①质子数相同，中子数不同的原子互称为同位素，故²³⁵U、²³⁸U、²³⁴U 三种核素之间的关系是同位素，
故答案为：同位素；
②${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂变}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，净产生的中子为10-1=9个，235g核素${\;}_{92}^{235}$U发生裂变反应净产生的中子（₀¹n）数为9N_A，则470g核素${\;}_{92}^{235}$U发生裂变反应净产生的中子（₀¹n）数为18N_A，
故答案为：18N_A；
（3）图2是氢能的制备及利用的途径之一，涉及能量转化方式有光能转化为化学能，化学能转化为电能，
故答案为：ac；
（4）①依据燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，25℃、101kPa乙醇的燃烧热为1366.8kJ•mol^-1，热化学方程式为C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.8KJ/mol，故答案为：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1366.8KJ/mol；
②a极为负极，失电子发生氧化反应，故电极反应方程式为C₂H₅OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案为：C₂H₅OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
③为维持热平衡，即水蒸气重整与氧化重整热量相同，
氧化重整：①C₂H₅OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂ （g）△H=-554.0kJ•mol^-1
水蒸气重整：②CH₃OH（l）+3H₂O（l）=2CO₂（g）+6H₂（g）△H=+174.2kJ•mol^-1，要使①②热量相同，即①×174.2，即参加反应的CH₃OH为174.2CH₃OH，②×554.0，即参加反应的CH₃OH为554.0CH₃OH，故水蒸气重整的乙醇与氧化重整的乙醇的物质的量之比为554CH₃OH：174.2CH₃OH=3.18，
故答案为：3.18．

点评 本题考查能源使用问题，同位素，能量转化，热化学方程式的书写，以及电极方程式的书写等，本题难度中等．