Question

13．（1）已知某些化學鍵的鍵能數據如表：

化學鍵	C-O	C-H	H-O	O=O	C=O	C-C
鍵能/kJ•mol-1	a	b	c	d	e	f

則反應CH₄ （g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）的△H 為-（2e+4c-4b-2d）KJ/mol．
（2）科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇，并開發出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的標準燃燒熱△H分別為-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1．請回答下列問題：
①用太陽能分解10mol液態水消耗的能量是2858kJ；
②甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1；
③在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質溶液為酸性，負極的反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）依據化學反應的焓變=反應物總鍵能-生成物總鍵能計算得到反應的焓變；
（2）①由氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學計量數與反應熱的關系來計算；
②根據CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式；
③根據原電池中負極發生氧化反應，正極發生還原反應，并考慮電解質溶液參與電極反應來分析．

解答 解：（1）化學反應的焓變=反應物總鍵能-生成物總鍵能，CH₄ （g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）的△H=（bKJ/mol×4+dKJ/mol×2）-（eKJ/mol×2+cKJ/mol×4）=-（2e+4c-4b-2d）KJ/mol；
故答案為：-（2e+4c-4b-2d）KJ/mol；
（2）①由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858；
②由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，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CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應的反應熱△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；
③由燃料電池是原電池的一種，負極失電子發生氧化反應，正極得電子發生還原反應，甲醇燃燒生成二氧化碳和水，
但在酸性介質中，正極不會生成大量氫離子，則電解質參與電極反應，甲醇燃料電池的負極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點評 本題綜合性較強，考查知識點較多，注重了對高考熱點的考查，學生應熟悉燃燒熱、蓋斯定律、熱化學反應方程式等重要知識來解答．