Question

19．二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一．
（1）CO₂转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H₂，然后将H₂与CO₂转化为甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等．已知：
甲醇合成反应：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
二甲醚合成反应：2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1
则由H₂和CO₂制备二甲醚2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）的△H-122.5kJ．Mol^-1
（2）甲醇是一种可再生的清洁能源，具有开发和应用的广阔前景．
已知：25℃，1.01×10⁵Pa时，1.6g液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出36.29kJ的热量，写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1．
（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下，将NH₄⁺氧化为NO₃^-（2NH₄⁺+3O₂=2HNO₂+2H₂O+2H⁺；2HNO₂+O₂=2HNO₃）．然后加入甲醇，甲醇和NO₃^-反应转化为两种无毒气体．
①上述方法中，1.0g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧气的质量为4.6g．
②写出加入甲醇后反应的离子方程式：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O．

Answer 1

分析 （1）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1，①×2+②得，2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5kJ•mol^-1，据此进行分析；
（2）依据燃烧热概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，题干所给量计算32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热，结合热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和对应焓变；
（3）①根据电子转移守恒计算消耗氧气；
②甲醇和NO₃^-反应转化为两种无毒气体，应是生成N₂、CO₂，反应还生成水．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-24.5kJ•mol^-1，①×2+②得，2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5kJ•mol^-1，
故答案为：-122.5；
（2）在25℃、101kPa下，1.6g液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出36.29kJ的热量，则32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为725.8KJ；则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1；
（3）①1g铵态氮元素物质的量为$\frac{1g}{14g/mol}$=$\frac{1}{14}$mol，根据电子转移守恒，转化为硝态氮元素时需氧的物质的量为$\frac{\frac{1}{14}mol×[5-（-3）]}{4}$=$\frac{1}{7}$mol，需要氧气质量为$\frac{1}{7}$mol×32g/mol≈4.6g，
故答案为：4.6；
②甲醇和NO₃^-反应转化为两种无毒气体，应是生成N₂、CO₂，反应还生成水，反应离子方程式为：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O，
故答案为：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O．

点评 本题比较综合，涉及反应热计算、燃烧热化学方程式的书写、电极反应式书写、氧化还原反应计算等，是对学生综合能力考查，难度中等．