Question

碳是化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质．
（1）科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热分别为285.8kJ?mol^-1、283.0kJ?mol^-1和726.5kJ?mol^-1．则：
①用太阳能分解10mol水消耗的能量是

 

kJ；
②甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为

 

．
（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
则：4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s），△H=

 

．
（3）减排是各个国家都在努力而为之的事，CO₂和SO₂的处理是许多科学家都在着力研究的重点．有学者想以下图所示装置用原电池原理将CO₂、SO₂转化为重要的化工原料．
①若A为CO₂，B为H₂，C为CH₃OH，电池总反应式为CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，则正极反应式为

 

．
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，则负极反应式为

 

，电池总反应式为

 

．

Answer 1

考点：有关反应热的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池

专题：化学反应中的能量变化

分析：（1）①分解10mol水消耗的能量在数值上等于10mol H₂（g）完全燃烧时所放出的热量：10mol×285.8kJ?mol^-1=2858kJ；
②根据CO（g）、CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式，再由盖斯定律可写出甲醇不完全燃烧的热化学方程式；
（2）运用盖斯定律，将第三个反应×6-第一个反应×2-第二个反应×6，可得目标反应，则△H=-393.5kJ?mol^-1×6-489.0kJ?mol^-1×2-（-283.0kJ?mol^-1）×6=-1641.0kJ?mol^-1．
（3）①酸性条件下电池负极反应为：3H₂-6e^?=6H⁺，用总反应式减去负极反应式得正极反应式为：CO₂+6H⁺+6e^?=CH₃OH+H₂O．②该电池总反应式为2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-，酸性条件下正极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故负极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺．

解答： 解：（1）①分解10mol水消耗的能量在数值上等于10mol H₂（g）完全燃烧时所放出的热量：10mol×285.8kJ?mol^-1=2858kJ，用太阳能分解10mol水消耗的能量为2858KJ；
故答案为：2858kJ；
②由CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，根据CO（g）、CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式，再由盖斯定律可写出甲醇不完全燃烧的热化学方程式．则
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
由盖斯定律可知用②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），该反应的反应热△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案为：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
运用盖斯定律，③×6-①×2-②×6，可得目标反应，4Fe（s）+3O₂（g）=2Fe₂O₃（s），则△H=-393.5kJ?mol^-1×6-489.0kJ?mol^-1×2-（-283.0kJ?mol^-1）×6=-1641.0kJ?mol^-1；
故答案为：-1641.0kJ?mol^-1；
（3）①酸性条件下电池负极反应为：3H₂-6e^?=6H⁺，用总反应式减去负极反应式得正极反应式为：CO₂+6H⁺+6e^?=CH₃OH+H₂O；
故答案：CO₂+6H⁺+6e^?=CH₃OH+H₂O；
②若A为SO₂，B为O₂，C为H₂SO₄，该电池总反应式为2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-，酸性条件下正极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故负极反应式为SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；
故答案为：SO₂+2H₂O-2e^-=SO₄^2-+4H⁺；2SO₂+O₂+2H₂O=2H₂SO₄或2SO₂+O₂+2H₂O=4H⁺+2SO₄^2-．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算应用，燃烧热概念分析理解，原电池原理的应用和电极反应书写方法，掌握基础是关键，题目难度中等．