Question

碳是化合物種類最多的元素，其單質及化合物是人類生產生活的主要能源物質．
（1）科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱分別為285.8kJ?mol^-1、283.0kJ?mol^-1和726.5kJ?mol^-1．則：
①用太陽能分解10mol水消耗的能量是

 

kJ；
②甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為

 

．
（2）已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ?mol^-1
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g），△H=-283.0kJ?mol^-1C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g），△H=-393.5kJ?mol^-1
則：4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s），△H=

 

．
（3）減排是各個國家都在努力而為之的事，CO₂和SO₂的處理是許多科學家都在著力研究的重點．有學者想以下圖所示裝置用原電池原理將CO₂、SO₂轉化為重要的化工原料．
①若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，電池總反應式為CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，則正極反應式為

 

．
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負極反應式為

 

，電池總反應式為

 

．

Answer 1

考點：有關反應熱的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池

專題：化學反應中的能量變化

分析：（1）①分解10mol水消耗的能量在數值上等于10mol H₂（g）完全燃燒時所放出的熱量：10mol×285.8kJ?mol^-1=2858kJ；
②根據CO（g）、CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式，再由蓋斯定律可寫出甲醇不完全燃燒的熱化學方程式；
（2）運用蓋斯定律，將第三個反應×6-第一個反應×2-第二個反應×6，可得目標反應，則△H=-393.5kJ?mol^-1×6-489.0kJ?mol^-1×2-（-283.0kJ?mol^-1）×6=-1641.0kJ?mol^-1．
（3）①酸性條件下電池負極反應為：3H₂-6e^?=6H⁺，用總反應式減去負極反應式得正極反應式為：CO₂+6H⁺+6e^?=CH₃OH+H₂O．②該電池總反應式為2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-，酸性條件下正極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故負極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

解答： 解：（1）①分解10mol水消耗的能量在數值上等于10mol H₂（g）完全燃燒時所放出的熱量：10mol×285.8kJ?mol^-1=2858kJ，用太陽能分解10mol水消耗的能量為2858KJ；
故答案為：2858kJ；
②由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，根據CO（g）、CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式，再由蓋斯定律可寫出甲醇不完全燃燒的熱化學方程式．則
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應的反應熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1；
（2）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H=+489.0kJ?mol^-1
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g），△H=-283.0kJ?mol^-1
③C（石墨）+O₂（g）=CO₂（g），△H=-393.5kJ?mol^-1
運用蓋斯定律，③×6-①×2-②×6，可得目標反應，4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s），則△H=-393.5kJ?mol^-1×6-489.0kJ?mol^-1×2-（-283.0kJ?mol^-1）×6=-1641.0kJ?mol^-1；
故答案為：-1641.0kJ?mol^-1；
（3）①酸性條件下電池負極反應為：3H₂-6e^?=6H⁺，用總反應式減去負極反應式得正極反應式為：CO₂+6H⁺+6e^?=CH₃OH+H₂O；
故答案：CO₂+6H⁺+6e^?=CH₃OH+H₂O；
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，該電池總反應式為2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-，酸性條件下正極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故負極反應式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
故答案為：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄或2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-．

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，燃燒熱概念分析理解，原電池原理的應用和電極反應書寫方法，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．