Question

碳是化合物種類最多的元素，其單質(zhì)及化合物是人類生產(chǎn)生活的主要能源物質(zhì)．
（1）科學(xué)家利用太陽(yáng)能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)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(yáng)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(xué)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(gè)國(guó)家都在努力而為之的事，CO₂和SO₂的處理是許多科學(xué)家都在著力研究的重點(diǎn)．有學(xué)者想以下圖所示裝置用原電池原理將CO₂、SO₂轉(zhuǎn)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(yīng)式為CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，則正極反應(yīng)式為

 

．
②若A為SO₂，B為O₂，C為H₂SO₄，則負(fù)極反應(yīng)式為

 

，電池總反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

分析：（1）①分解10mol水消耗的能量在數(shù)值上等于10mol H₂（g）完全燃燒時(shí)所放出的熱量：10mol×285.8kJ?mol^-1=2858kJ；
②根據(jù)CO（g）、CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式，再由蓋斯定律可寫出甲醇不完全燃燒的熱化學(xué)方程式；
（2）運(yùn)用蓋斯定律，將第三個(gè)反應(yīng)×6-第一個(gè)反應(yīng)×2-第二個(gè)反應(yīng)×6，可得目標(biāo)反應(yīng)，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(fù)極反應(yīng)為：3H₂-6e^?=6H⁺，用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式得正極反應(yīng)式為：CO₂+6H⁺+6e^?=CH₃OH+H₂O．②該電池總反應(yīng)式為2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-，酸性條件下正極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故負(fù)極反應(yīng)式為SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

解答： 解：（1）①分解10mol水消耗的能量在數(shù)值上等于10mol H₂（g）完全燃燒時(shí)所放出的熱量：10mol×285.8kJ?mol^-1=2858kJ，用太陽(yáng)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(jù)CO（g）、CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式，再由蓋斯定律可寫出甲醇不完全燃燒的熱化學(xué)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(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)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(yùn)用蓋斯定律，③×6-①×2-②×6，可得目標(biāo)反應(yīng)，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(fù)極反應(yīng)為：3H₂-6e^?=6H⁺，用總反應(yīng)式減去負(fù)極反應(yīng)式得正極反應(yīng)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(yīng)式為2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-，酸性條件下正極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故負(fù)極反應(yīng)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(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，燃燒熱概念分析理解，原電池原理的應(yīng)用和電極反應(yīng)書寫方法，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．