Question

【題目】乙醇是生活中常見的物質(zhì)，用途廣泛，其合成方法和性質(zhì)也具有研究價值。

Ⅰ．乙醇可以作為燃料燃燒。

已知化學鍵的鍵能是指氣態(tài)原子間形成1mol化學鍵時釋放出的能量。應用表中數(shù)據(jù)(25℃、101 kPa)，寫出氣態(tài)乙醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣的熱化學方程式_____________。

鍵	C—C	C—H	O=O	H—O	C—O	C=O
鍵能/(kJmol-1)	348	413	498	463	351	799

Ⅱ．直接乙醇燃料電池(DEFC)具有很多優(yōu)點，引起了人們的研究興趣�，F(xiàn)有以下三種乙醇燃料電池。

堿性乙醇燃料電池酸性乙醇燃料電池熔融鹽乙醇燃料電池

(1)三種乙醇燃料電池中正極反應物均為_________。

(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a上發(fā)生的電極反應式為_________，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會不斷下降，其原因是_________。

(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b上發(fā)生的電極反應式為_________，通過質(zhì)子交換膜的離子是_________。

(4)熔融鹽乙醇燃料電池中若選擇熔融碳酸鉀為介質(zhì)，電池工作時，CO32－向電極_________(填“a”或“b”)移動，電極b上發(fā)生的電極反應式為_________。

Ⅲ．已知氣相直接水合法可以制取乙醇：H2O(g) + C2H4(g) CH3CH2OH(g)。當n(H2O)︰n(C2H4)=1︰1時，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如下圖：

(1)圖中壓強P1、P2、P3、P4的大小順序為：_________，理由是：_________。

(2)氣相直接水合法采用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應溫度290 ℃，壓強6.9MPa，n(H2O)︰n(C2H4)=0.6︰1。該條件下乙烯的轉(zhuǎn)化率為5℅。若要進一步提高乙烯的轉(zhuǎn)化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以采取的措施有_________、_________。

Ⅳ．探究乙醇與溴水是否反應。

(1)探究乙醇與溴水在一定條件下是否可以發(fā)生反應，實驗如下：

實驗編號	實驗步驟	實驗現(xiàn)象
1	向4mL無水乙醇中加入1mL溴水，充分振蕩，靜置4小時	溶液橙黃色褪去，溶液接近無色
2	向4mL無水乙醇中加入1mL溴水，加熱至沸騰	開始現(xiàn)象不明顯，沸騰后溶液迅速褪色
	向淀粉KI溶液中滴加冷卻后的上述混合液	溶液顏色不變
3	向4mL水中加入1mL溴水，加熱至沸騰	橙黃色略變淺
	向淀粉KI溶液中滴加冷卻后的溴水混合液	溶液變藍

①實驗2中向淀粉-KI溶液中滴加冷卻后的混合液的目的是_________。

②實驗3的作用是_________。

③根據(jù)實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論是_________。

(2)探究反應類型

現(xiàn)有含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，請從定量的角度設計實驗(其他無機試劑任選)，探究該反應是取代反應還是氧化反應_________(已知若發(fā)生氧化反應，則Br2全部轉(zhuǎn)化為HBr)。

Answer 1

【答案】(21分)

Ⅰ．C2H5OH(g) +3O2(g)=2CO2 (g)+ 3H2O(g) △H= －1253kJ/mol；

Ⅱ．(1)氧氣；(2)C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O；空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH；

(3)3O2+12H++12e－=6H2O；H+；

(4)a；O2+2CO2+4e－=2CO32－；

Ⅲ．(1)P4>P3>P2>P1；反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強越大；(2)增加H2O(g)的量、移出生成物；

Ⅳ．(1)①檢驗反應后溶液中是否還含有溴單質(zhì)；

②對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應；

③加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應；

(2)取含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應后利用AgNO3標準液滴定測定溶液中Br—物質(zhì)的量。若n(Br—)=a mol則發(fā)生取代反應；若n(Br—)=2a mol則發(fā)生氧化反應；若a mol< n(Br—)< 2a mol則既發(fā)生了取代反應也發(fā)生了氧化反應；

【解析】

試題分析：Ⅰ．氣態(tài)乙醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣的化學方程式為：C2H5OH(g) +3O2(g)=2CO2 (g)+ 3H2O(g)，△H＝反應物的鍵能之和－生成物的鍵能之和＝［5×413＋348＋351＋463＋3×498］kJ/mol－［4×799＋6×463］

Ⅱ．(1)燃料電池中通入燃料的為負極，通入氧氣或空氣的為正極，三種乙醇燃料電池中正極反應物均為氧氣，故答案為：氧氣；

(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a為負極，電極反應式為C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O，使用空氣代替氧氣，空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH，故答案為：C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O；空氣中的CO2會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH；

(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b為正極，電極反應式為3O2+12H+ +12e－= 6H2O；通過質(zhì)子交換膜能夠使質(zhì)子通過，故答案為：3O2+12H+ +12e－= 6H2O；H+；

(4)根據(jù)圖示，a為負極，原電池中陰離子由正極向負極移動，CO32－向電極a移動，電極b為正極，電極反應式為O2+ 2CO2 +4e－= 2CO32－，故答案為：a；O2+ 2CO2 +4e－= 2CO32－；

Ⅲ．(1)在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為p1＜p2＜p3＜p4，由C2H4(g)+H2O(g)═C2H5OH(g)可知正反應為氣體體積減小的反應，所以增大壓強，平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強關系是p1＜p2＜p3＜p4，故答案為：p1＜p2＜p3＜p4；反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡正向移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強越大；

(2)若要進一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質(zhì)的濃度，如從平衡體系中將產(chǎn)物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度，改變二者物質(zhì)的量的比等，

故答案為：將產(chǎn)物乙醇液化移去；增加H2O(g)的量；

Ⅳ．①溴水能夠氧化碘化鉀生成碘，實驗2中向淀粉-KI溶液中滴加冷卻后的混合液可以檢驗反應后溶液中是否還含有溴單質(zhì)，故答案為：檢驗反應后溶液中是否還含有溴單質(zhì)；

②實驗3的作用是進行對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應，故答案為：對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應；

③根據(jù)實驗②加入淀粉KI溶液，溶液顏色不變，說明混合液中不存在溴單質(zhì)，說明加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應，故答案為：加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應；

(2)探究該反應是取代反應還是氧化反應，若是取代反應，含a mol Br2的溴水反應后生成a mol Br-，若是氧化反應，含a mol Br2的溴水反應后生成2a mol Br-，因此實驗方案設計為：取含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應后利用AgNO3標準液滴定測定溶液中Br—物質(zhì)的量。若n(Br—)=a mol則發(fā)生取代反應；若n(Br—)=2a mol則發(fā)生氧化反應；若a mol< n(Br—)< 2a mol則既發(fā)生了取代反應也發(fā)生了氧化反應，故答案為：取含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應后利用AgNO3標準液滴定測定溶液中Br—物質(zhì)的量。若n(Br—)=a mol則發(fā)生取代反應；若n(Br—)=2a mol則發(fā)生氧化反應；若a mol< n(Br—)< 2a mol則既發(fā)生了取代反應也發(fā)生了氧化反應。