Question

14．（1）在生产生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题．兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究．如图1所示，铁处于A、B、C三种不同的环境中，铁被腐蚀的速率由大到小的顺序是（填序号）：A＞C＞B

（2）天然气的主要成分是甲烷（CH₄），甲烷燃烧时的能量变化如图2所示．已知H₂O （l）?H₂O（g）△H=+44kJ/mol，写出甲烷完全燃烧生成CO₂和液态水的热化
学方程式：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890 kJ/mol
（3）氢能是21世纪极具开发前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环利用．
①请在图3的两个空框中填上循环过程中反应物和生成物的分子式，以完成理想的氢能源循环体系图（循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在）．
②从能量转移的角度看，过程Ⅱ主要是化学能转化为电能．
③绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率，原子利用率表示目标产物的质量与生成物的总质量之比．将CO₂转化为有机物可有效实现碳循环．CO₂转化成有机物的例子很多，如：
a．CO₂+CH₄$→_{△}^{催化剂}$CH₃COOH
b．2CO₂+6H₂$→_{△}^{催化剂}$H₂C═CH₂+4H₂O
c．6CO₂+6H₂O$\stackrel{光合作用}{→}$C₆H₁₂O₆+6O₂
d．CO₂+3H₂$→_{△}^{催化剂}$CH₃OH+H₂O
以上反应中，最节能的是C，原子利用率最高的是B．

Answer 1

分析 （1）金属腐蚀的速度：原电池的负极金属＞金属的化学腐蚀＞有保护措施的腐蚀；
（2）根据图示写出1 mol CH₄完全燃烧生成气态水时的热化学方程式，然后结合每摩尔水由气态变为液态时放出44kJ，根据盖斯定律来解答；
（3）①分析转化关系可知氢能源循环体系图中，燃料电池是氢气和氧气反应燃烧生成水的过程，水在太阳能和催化剂作用下分解有生成氧气和氢气；
②过程Ⅱ是发生的原电池反应；
③根据题中信息绿色化学的要求：反应物全部转化为期望的产物，使原子的利用率达到100%，可知化合反应、加成反应符合绿色化学的要求；需要的条件越简单，越节能．

解答 （1）解：铁处于A的环境中做原电池的负极，腐蚀速率较快，铁处于B的环境中做原电池的正极，被保护，腐蚀速率很慢，铁处于C的环境中的金属铁发生吸氧腐蚀，速度较慢．
故答案为：A＞C＞B；
（2）由图知1 mol CH₄完全燃烧生成气态水时放出热量为（882-80）kJ=802 kJ，
热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802 kJ/mol①
又知每摩尔水由气态变为液态时放出44kJ：H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44KJ/mol②
根据盖斯定律，将①+②×2可得：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（-802 kJ/mol）+2×（-44KJ/mol）=-890 kJ/mol
故答案为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ/mol；
（3）①转化关系可知氢能源循环体系图中，燃料电池是氢气和氧气反应燃烧生成水的过程，水在太阳能和催化剂作用下分解有生成氧气和氢气，两个框中的X、Y为循环过程中反应物和生成物的分子式为：左边为H₂O；右边为H₂、O₂；
故答案为：左边为H₂O；右边为H₂、O₂；
②过程Ⅱ是发生的原电池反应，能量变化是化学能转化为电能的过程；
故答案为：化学；电；
③C需要的条件是自然界中存在的太阳光，其他反应需要特定的催化剂，所以C最节能，根据题中信息绿色化学的要求：反应物全部转化为期望的产物，使原子的利用率达到100%，可知C是化合反应，原子利用率最高．
故答案为：C；B．

点评 本题考查学生金属的腐蚀速率快慢比较、盖斯定律的应用和反应热的求算、化学反应过程中能量变化形式、原电池原理的分析应用等知识，难度不大，综合性强．