Question

18．能源在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位．有人說能源相當(dāng)于城市的血液，它驅(qū)動著城市的運(yùn)轉(zhuǎn)．
（1）①丙烷（C₃H₈）常用作運(yùn)動會火炬的燃料，圖甲表示一定量丙烷完全燃燒生成CO₂（g）和1molH₂O（l）過程中的能量變化（圖中括號內(nèi)“+”或“-”未標(biāo)注）．請寫出表示丙烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol．
②二甲醚（CH₃OCH₃）作為一種新型燃料，應(yīng)用前景廣闊．已知常溫下1mol二甲醚完全燃燒放熱1455kJ．現(xiàn)有1mol丙烷和二甲醚的混合氣，常溫下完全燃燒共放熱1645kJ，則混合氣中丙烷和二甲醚的物質(zhì)的量之比為1：3．
（2）蓋斯定律認(rèn)為：不管化學(xué)過程是一步完成或分?jǐn)?shù)步完成，整個過程的總熱效應(yīng)相同．試運(yùn)用蓋斯定律回答下列問題：
①反應(yīng)A+B→C（△H＜0）分兩步進(jìn)行：①A+B→X（△H＞0），②X→C（△H＜0）．如示意圖乙中，能正確表示總反應(yīng)過程中能量變化的是d（填字母）．

②已知：H₂O（g）=H₂O△H₁=-Q₁kJ/mol
C₂H₅OH（g）=C₂H₅OH△H₂=-Q₂kJ/mol
C₂H₅OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（g）△H₃=-Q₃kJ/mol
若使23g液態(tài)無水酒精完全燃燒，并恢復(fù)到室溫，則整個過程中放出的熱量為0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁．
（3）水溶液鋰電池體系是復(fù)旦大學(xué)教授吳宇平課題組的一項重磅研究成果．研究成果刊發(fā)于2013年《自然》（Nature）雜志子刊《科學(xué)報道》（Sci．Report）．如圖丙某鋰電池中用有機(jī)電解液將電極鋰與水性電解液隔開的目的為防止金屬鋰與水發(fā)生反應(yīng)，其充電時陽極的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①分析圖象得到生成1mol水的焓變△H=-553.75KJ/mol；依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫方法寫出，注意物質(zhì)聚集狀態(tài)，對應(yīng)量下的焓變；
②依據(jù)熱化學(xué)方程式結(jié)合混合氣體物質(zhì)的量和放熱列式計算得到二甲醚和丙烷物質(zhì)的量之比；
（2）①根據(jù)物質(zhì)具有的能量進(jìn)行計算：△H=E（生成物的總能量）-E（反應(yīng)物的總能量），當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時，反應(yīng)放熱，當(dāng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量時，反應(yīng)吸熱，以此解答該題；
②依據(jù)熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計算得到熱化學(xué)方程式；
（3）防上鋰與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)；陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O．

解答 解：（1）①圖象是一定量丙烷完全燃燒生成CO₂和1mol H₂O（l）過程中的能量變化圖，反應(yīng)放熱△H=-553.75KJ/mol，則寫出的熱化學(xué)方程式為C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol，故答案為：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol；
②1mol二甲醚完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水放出1455kJ熱量．若1mol丙烷和二甲醚的混合氣體完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水共放出1645kJ熱量，設(shè)1mol混合氣體中二甲醚物質(zhì)的量x，丙烷物質(zhì)的量為1-x，C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）；△H₁=-2215.0 kJ/mol，得到丙烷燃燒放熱（1-x）2215KJ；依據(jù)條件得到：1645KJ-1455xKJ=（1-x）2215KJ，計算得到x=0.75，則混合丙烷物質(zhì)的量為0.25mol，則混合氣體中丙烷和二甲醚物質(zhì)的量之比=0.25：0.75=1：3，故答案為：1：3；
（2）①由反應(yīng) A+B→C（△H＜0）分兩步進(jìn)行 ①A+B→X （△H＞0）②X→C（△H＜0）可以看出，A+B→C（△H＜0）是放熱反應(yīng)，A和B的能量之和大于C，由①A+B→X （△H＞0）可知這步反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，X→C（△H＜0）是放熱反應(yīng)，故X的能量大于A+B；A+B的能量大于C；X 的能量大于C，圖象d符合，
故答案為：d：
②依據(jù)蓋斯定律計算；
①C₂H₅OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（g）；△H₁=-Q₃ kJ/mol，
②C₂H₅OH（g）=C₂H₅OH（l）；△H₂=-Q₂ kJ/mol，
③H₂O（g）=H₂O（l）；△H₃=-Q₁ kJ/mol．
依據(jù)蓋斯定律：①-②+3×③得到：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）；△H₁=-（Q₃-Q₂+3Q₁）kJ/mol，
若使23g液態(tài)無水酒精物質(zhì)的量為0.5mol，完全燃燒，并恢復(fù)到室溫，則整個過程中放出的熱量為（0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁ ）KJ；
故答案為：0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁；
（3）防上鋰與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)；陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：防止金屬鋰與水發(fā)生反應(yīng)；4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O．

點(diǎn)評 本題考查了燃燒熱概念，熱化學(xué)方程式的計算，蓋斯定律的計算應(yīng)用，物質(zhì)的能量分析應(yīng)用和化學(xué)反應(yīng)的能量變化，熱化學(xué)方程式的計算和蓋斯定律的計算應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．