Question

【題目】能源是人類生存和發展的重要支柱。研究并有效地開發新能源在能源緊缺的今天具有重要的理論意義。已知H2與CO反應生成CH3OH的過程如圖所示：

CO的燃燒熱△H2＝－bkJ·mol－1，CH3OH的燃燒熱

△H3＝－ckJ·mol－1。請根據以上信息，回答下列有關問題：

（1）甲醇是一種（填“可”或“不可”）再生能源，甲醇的官能團的電子式是 。

（2）CH3OH燃燒的熱化學反應方程式為。

（3）H2的燃燒熱△H=。

（4）一些化學鍵鍵能如下：C≡O為dkJ/mol；O=O為ekJ/mol；C=O為fkJ/mol。則由以上數據有b=

（用d、e、f的代數式表示）。

（5）H2和CO的混合氣體nmol，充分燃燒共放出QkJ熱量，則混合氣體中H2和CO的物質的量之比為。

（6）CO與O2可以組成新型燃料電池，若該電池以Pt為電極，以KOH為電解質溶液，寫出該燃料電池的正極反應式。

Answer 1

【答案】（1）可（2）2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-2ckJmol-1

（3）_0．5（a+c-b）kJmol—1

（4）2f-d-0．5e

（5）（2bn-2Q）:（bn-an-cn+2Q）

（6）O2+4e—+2H2O=4OH—

【解析】

試題分析：（1）甲醇是可再生能源，所含官能團為；

（2）CH3OH的燃燒熱△H3=-ckJmol-1；燃燒熱是可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量，熱化學方程式為：2CH3OH（l）+3O2（g）→2CO2（g）+4H2O（l）△H=-2ckJmol-1；

（3）依據甲醇和一氧化碳的燃燒熱計算氫氣的燃燒熱：

①2CH3OH（l）+3O2（g）→2CO2（g）+4H2O（l）△H=-2ckJmol-1；

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-2bkJmol-1；

③2H2（g）+CO（g）=CH3OH（l）△H=-aKJ/mol；

依據蓋斯定律，③×2-②+①得到：4H2（g）+2O2（g）=4H2O（l）△H=-（2a-2b+2c）KJ/mol；

依據氫氣的燃燒熱是1mol氫氣完全燃燒生成液態水放出的熱量，氫氣的燃燒熱=KJ/mol；

（4）一些化學鍵鍵能如下：C≡O為dkJ/mol；O=O為ekJ/mol；C=O為fkJ/mol．

反應為：2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-2bkJmol-1；

反應的焓變=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=2d+e-2×f×2=△H=-2b

b=2f-d-e/2；

（5）H2和CO的混合氣體nmol，設氫氣為物質的量為X，一氧化碳物質的量為n-X；充分燃燒共放出QkJ熱量

2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-2bkJmol-1；

22b

n-Xb（n-X）

2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-（a-b+c）KJ/mol

2a+c-b

Xx/2（a+c-b）

得到：b（n-X）+x/2（a+c-b）=Q；

計算得到：X=；

混合氣體中H2和CO的物質的量之比==（2bn-2Q）：（bn-an-cn+2Q）；

（6）CO與O2可以組成新型燃料電池，若該電池以Pt為電極，以KOH為電解質溶液，發生的電池反應的離子方程式為：2CO+O2+4OH-=2CO32-+2H2O；原電池的正極電極反應為：O2+2H2O+4e-=4OH-；用總反應離子方程式減去正極電極反應，化簡得到負極電極反應：CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O。