Question

まち

急ぎです‼️
熱化学方程式の問題です。
この第5問と問題が全く分かりません､､
大変でしたら全部でなくてもいいので、解説していただけると助かります🙇🏻‍♂️💦
2枚目の画像が解答です。

第5問 (18点)
① 火力発電の燃料として、 天然ガスよりも石炭を用いる方が、 一定の電力量を得る際の二酸化炭素 CO2 排出
が多いことが問題視されている。 そこで、 ② アンモニア NH3 を燃料として石炭に混合して燃焼させることで、
石炭火力発電からのCO2排出を減らす技術が検討されている。
従来 NH3 は、 主に天然ガスに含まれるメタン CH」 と空気中の窒素 N2 から製造されてきた。 ③その製造工程は
以下の3つの熱化学方程式で表される反応により、 CH4 (気)とN2(気)とH2O (気)から、 NH3(気)とCO2(気)を
生成するものである。
(反応1) CH (気) +H2O(気)→CO(気) +3H2(気) AH=+206kJ
(反応2) CO (気) +H2O(気)→Hz(気) + CO2(気) △H= -41kJ
(反応3) N2(気) +3Hz(気)→2NH3(気) AH-92kJ
このように得られる NH3 は、 燃焼の際には CO2 を生じないものの、製造工程で CO2を排出している。 発電
によるCO2排出を減らすために石炭に混合して燃焼させる NH3 は CO2を排出せずに製造される必要がある。
そこで、太陽光や風力から得た電力を使い、 水の電気分解により得た水素を用いる NH3 製造法が開発されて
いる。
必要があれば以下の値を用いて次の各問いに答えよ。
物質 (状態)
生成エンタルピー [kJ/mol]
CH4 (気)
-75
CO2(気)
-394
H2O (液)
-286
問1 下線部①に関して、石炭燃焼のモデルとしてC(黒鉛)の完全燃焼反応の熱化学方程式を書け。(2点)
問
天然ガス燃焼のモデルとしてCH(気)の完全燃焼反応の熱化学方程式を書け。 ただし生成物に含まれる水
CH4(気) +20 2H2O(液)+CO2
H2O(液)とする。 (4点)
問3 問1の熱化学方程式より 1.0 kJ のエネルギーを得る際に排出されるCO2の物質量は問2の熱化学方程式
により 1.0kJのエネルギーを得る際に排出されるCO2 の物質量の何倍か、 有効数字2桁で答えよ。 (2点)
問4 下線部②に関して、 NH3(気)の燃焼反応からは N2(気)とH2O (液) のみが生じるものとする。この反応の
熱化学方程式を書け。 ( 4点)
問5 C(黒鉛)とNH3(気)を混合した燃焼(問1と問4の熱化学方程式)により 1.0 molのCO2(気)を排出して得
られるエネルギーを、 問2の熱化学方程式により 1.0molのCO2(気)を排出して得られるエネルギーと等しくす
るためには、1.0molのC(黒鉛) に対して NH3 (気)を何mol混ぜればよいか。 有効数字2桁で答えよ。 (2点)
問6 下線部③の製造工程により 1.0 mol の NH(気)を得る際に何kJ のエネルギーが吸収されるか、または放
出されるかを有効数字2桁で答えよ。 (4点)

C(黒鉛)+O2→CO2 AH=-394 kJ
問2 CH4+2O2→CO2+2H2O (液) AH=-891 kJ
問3 891/394=2.26≒2.3倍
問4 NH3+2022N2+2H2O (液) AH= -383 kJ
4
1mol 当たり C(黒鉛)が394kJ, CH」 が 891kJ の発熱であるので、 891-394=497kJ分を NH3 から得る
問5
問
必要がある。NH3 は 1 mol で 383kJ の発熱であるので 497/383=1.29≒1.3 mol
下線部③の化学反応式は3CH4+4N2+6H2O→8NH3+3CO2 であり、 この反応エンタルピーを文中の(反
応1~3)より求めると、 (反応1)×3+ (反応2)×3+ (反応3)×4より+127 kJ である。
よって化学反応式中より 8NH3 が生成されるとき 127 kJ の吸熱であるので、1.0 mol の NH3 を得る際
に127/8=15.7≒16kJ のエネルギーが吸収される。