Question

8．到目前為止，由化學(xué)能轉(zhuǎn)變的熱能或電能仍然是人類使用最主要的能源．
（1）化學(xué)反應(yīng)中放出的熱能（焓變，△H）與反應(yīng)物和生成物的鍵能（E）有關(guān)．已知：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-a kJ•mol^-1；E（H-H）=b kJ•mol^-1，E（Cl-Cl）=c kJ•mol^-1，則：E（H-Cl）=$\frac{a+b+c}{2}$KJ/mol；
（2）氯原子對(duì)O₃的分解有催化作用：O₃（g）+Cl（g）=ClO（g）+O₂（g）△H₁，ClO（g）+O（g）=Cl（g）+O₂（g）△H₂，大氣臭氧層的分解反應(yīng)是O₃+O=2O₂△H．該反應(yīng)的能量變化示意圖如圖1所示．則反應(yīng)O₃（g）+O（g）=2O₂（g）的正反應(yīng)的活化能為E₁-E₂kJ•mol^-1．

（3）實(shí)驗(yàn)中不能直接測(cè)出由石墨和氫氣反應(yīng)生成甲烷反應(yīng)的反應(yīng)熱，但可測(cè)出CH₄、石墨和H₂燃燒反應(yīng)的反應(yīng)熱，求由石墨生成甲烷的反應(yīng)熱．已知：
①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
②C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
則反應(yīng)C（石墨）+2H₂（g）→CH₄（g）的反應(yīng)熱：
△H=（-2c-b+a）kJ•mol^-1kJ•mol^-1．
又已知：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H-T△S可作為反應(yīng)方向的判據(jù)，當(dāng)△H-T△S＜0時(shí)可自發(fā)進(jìn)行；則該反應(yīng)在什么條件下可自發(fā)進(jìn)行低溫．（填“低溫”、“高溫”）
（4）有圖2所示的裝置，該裝置中Cu極為陽極；當(dāng)銅片的質(zhì)量變化為12.8g時(shí)，a極上消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能-生成物的鍵能來分析；
（2）反應(yīng)的活化能是使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量，依據(jù)圖象能量關(guān)系可知，正反應(yīng)的活化能=E₁-E₂；
（3）已知①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
②C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，②+2×③-①可得C（石墨，s）+2H₂（g）═CH₄（g）△H；
（4）分析裝置圖可知左邊為原電池，是氫氧燃料電池，氧氣一端為原電池正極，氫氣一端電極為原電池負(fù)極，右邊裝置為電解池，與a相連的銅電極為陽極，與b電極連接的鋅電極為電解池的陰極，依據(jù)原理分析寫出電極反應(yīng)，結(jié)合電子守恒計(jì)算．

解答 解：（1）由于反應(yīng)熱=反應(yīng)物的鍵能-生成物的鍵能，設(shè)E（H-Cl）為Xmol，故有：E（H-H）+E（Cl-Cl）-2X=-akJ/mol，即bkJ/mol+ckJ/mol-2X=-aKJ/mol
解得X=$\frac{a+b+c}{2}$KJ/mol，故答案為：$\frac{a+b+c}{2}$KJ/mol；（1）（a+b+c）/2 kJ•mol^-1（2分），
（2）反應(yīng)的活化能是使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量，依據(jù)圖象能量關(guān)系可知，正反應(yīng)的活化能=E₁-E₂；
故答案為：E₁-E₂；
（3）已知①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
②C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，②+2×③-①可得C（石墨，s）+2H₂（g）═CH₄（g）△H=（-2c-b+a） kJ•mol^-1，
又該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，又△S＜0，所以該反應(yīng)在低溫下△H-T△S＜0可自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：（-2c-b+a） kJ•mol^-1；低溫；
（4）裝置圖可知左邊為原電池，是氫氧燃料電池，氧氣一端為原電池正極，氫氣一端電極為原電池負(fù)極，右邊裝置為電解池，與a相連的銅電極為陽極，與b電極連接的鋅電極為電解池的陰極，當(dāng)銅片的質(zhì)量變化為12.8g時(shí)物質(zhì)的量=$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol，依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算得到，銅電極電極反應(yīng)：Cu-2e^-=Cu²⁺；a電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，依據(jù)電子守恒得到O₂～2Cu，a極上消耗的O₂物質(zhì)的量為0.1mol，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積=0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：陽；2.24．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)反應(yīng)的能量變化與反應(yīng)的鍵能關(guān)系的分析判斷，蓋斯定律，反應(yīng)活化能的判斷計(jì)算，圖象的綜合應(yīng)用，讀懂圖象，焓變和活化能計(jì)算方法的理解是解題的關(guān)鍵，題目難度不大．