Question

12．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(xué)鍵的鍵能是指氣態(tài)原子間形成1mol化學(xué)鍵時釋放出的能量．應(yīng)用表中數(shù)據(jù)（25℃、101kPa），寫出氣態(tài)乙醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學(xué)方程式C₂H₅OH（g）+3O₂（g）2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1253kJ/mol．

鍵	C-C	C-H	O=O	H-O	C-O	C=O
鍵能/（kJ•mol-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．現(xiàn)有以下三種乙醇燃料電池（圖1）．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(yīng)物均為O₂．
（2）堿性乙醇燃料電池中，電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為C₂H₅OH+16OH^--12e^-2CO₃^2-+11H₂O，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會不斷下降，其原因是空氣中的CO₂會與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時反應(yīng)中也會消耗KOH．
（3）酸性乙醇燃料電池中，電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為3O₂+12H⁺+12e^-6H₂O，通過質(zhì)子交換膜的離子是H⁺．
（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，CO₃^2-向電極a（填“a”或“b”）移動，電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為O₂+2CO₂+4e^-2CO₃^2-．
Ⅲ．已知氣相直接水合法可以制取乙醇：H₂O（g）+C₂H₄（g）?CH₃CH₂OH（g）．當(dāng)n（H₂O）：n（C₂H₄）=1：1時，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖2：
（1）圖中壓強P₁、P₂、P₃、P₄的大小順序為：p₁＜p₂＜p₃＜p₄，理由是：反應(yīng)分子數(shù)減少，相同溫度下，壓強升高乙烯轉(zhuǎn)化率提高．
（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(yīng)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(jìn)一步提高乙烯的轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強外，還可以采取的措施有將產(chǎn)物乙醇液化移去、增加nH₂O：nC₂H₄比．
Ⅳ．探究乙醇與溴水是否反應(yīng)．
（1）探究乙醇與溴水在一定條件下是否可以發(fā)生反應(yīng)，實驗如表：

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(lán)

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檢驗反應(yīng)后溶液中是否還含有溴單質(zhì)．
②實驗3的作用是對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應(yīng)．
③根據(jù)實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論是加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應(yīng)．
（2）探究反應(yīng)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(shè)計實驗（其他無機試劑任選），探究該反應(yīng)是取代反應(yīng)還是氧化反應(yīng)（已知若發(fā)生氧化反應(yīng)，則Br₂全部轉(zhuǎn)化為HBr）：取含amolBr₂的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應(yīng)后利用AgNO₃標(biāo)準(zhǔn)液滴定測定溶液中Br^-物質(zhì)的量．若n（Br^-）=amol則發(fā)生取代反應(yīng)；若n（Br^-）=2amol則發(fā)生氧化反應(yīng)；若amol＜n（Br^-）＜2amol則既發(fā)生了取代反應(yīng)也發(fā)生了氧化反應(yīng)．

Answer 1

分析 Ⅰ反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與焓變書寫熱化學(xué)方程式；
Ⅱ（1）正極上O₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（2）負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，空氣中的CO₂會與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時反應(yīng)中也會消耗KOH；
（3）電池的兩極分別充入乙醇和氧氣，形成原電池反應(yīng)時，乙醇被氧化，應(yīng)為負(fù)極，b為正極，通過質(zhì)子交換膜的離子是H⁺；
（4）原電池中陰離子向負(fù)極移動，電極b上發(fā)生還原反應(yīng)；
Ⅲ（1）在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為p₁＜p₂＜p₃＜p₄，正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向正反應(yīng)分析移動，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大；
（2）若要進(jìn)一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強外，還可以改變物質(zhì)的濃度；
Ⅳ（1）①檢驗反應(yīng)后溶液中是否還含有溴單質(zhì)；
②實驗3的作用是對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應(yīng)；
③根據(jù)實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論是加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應(yīng)；
（2）根據(jù)發(fā)生氧化反應(yīng)，則Br₂全部轉(zhuǎn)化為HBr，發(fā)生取代反應(yīng)，則Br₂一半轉(zhuǎn)化為HBr．

解答 解：Ⅰ反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，則C₂H₅OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=348kJ/mol+413×5kJ/mol+351kJ/mol+463kJ/mol+498×3kJ/mol-799×2×2kJ/mol-463×2×3kJ/mol=-1253kJ/mol，故答案為：C₂H₅OH（g）+3O₂（g）2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1253kJ/mol
Ⅱ（1）正極發(fā)生還原反應(yīng)，三種乙醇燃料電池中正極反應(yīng)物均為O₂，故答案為：O₂；
（2）負(fù)極上乙醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH₃CH₂OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，空氣中的CO₂會與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時反應(yīng)中也會消耗KOH，故答案為：CH₃CH₂OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；空氣中的CO₂會與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時反應(yīng)中也會消耗KOH；
（3）電池的兩極分別充入乙醇和氧氣，形成原電池反應(yīng)時，乙醇被氧化，應(yīng)為負(fù)極；b為正極，正極發(fā)生O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；H⁺；
（4）原電池中陰離子向負(fù)極移動，所以CO₃^2-向負(fù)極（a）移動，電極b上發(fā)生還原反應(yīng)，故答案為：a；O₂+2CO₂+4e^- 2CO₃^2-；
Ⅲ（1）由圖可知，在相同溫度下乙烯轉(zhuǎn)化率為p₁＜p₂＜p₃＜p₄，由C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=-45.5kJ•mol^-1，可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，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(guān)系是p₁＜p₂＜p₃＜p₄，故答案為：p₁＜p₂＜p₃＜p₄；反應(yīng)分子數(shù)減少，相同溫度下，壓強升高乙烯轉(zhuǎn)化率提高；
（2）若要進(jìn)一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)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nH₂O：nC₂H₄比；
Ⅳ（1）①檢驗反應(yīng)后溶液中是否還含有溴單質(zhì)，故答案為：檢驗反應(yīng)后溶液中是否還含有溴單質(zhì)；
②實驗3的作用是對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應(yīng)，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(yīng)；
③根據(jù)實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論是加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應(yīng)，故答案為：加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應(yīng)；
（2）根據(jù)發(fā)生氧化反應(yīng)，則Br₂全部轉(zhuǎn)化為HBr，發(fā)生取代反應(yīng)，則Br₂一半轉(zhuǎn)化為HBr，取含a mol Br₂的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應(yīng)后利用AgNO₃標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)；若n（Br^-）=2a mol則發(fā)生氧化反應(yīng)；若a mol＜n（Br^-）＜2a mol則既發(fā)生了取代反應(yīng)也發(fā)生了氧化反應(yīng)．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(yīng)后利用AgNO₃標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)；若n（Br^-）=2a mol則發(fā)生氧化反應(yīng)；若a mol＜n（Br^-）＜2a mol則既發(fā)生了取代反應(yīng)也發(fā)生了氧化反應(yīng)．

點評 本題考查了化學(xué)實驗方案的評價、官能團(tuán)的性質(zhì)和檢驗應(yīng)用、化學(xué)方程式的書寫、壓強對平衡移動的影響、物質(zhì)制取方案的比較、反應(yīng)熱的計算等知識，綜合性非常強，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度，側(cè)重于學(xué)生分析問題、解決問題、知識遷移能力的培養(yǎng)．