Question

12．乙醇是生活中常見的物質，用途廣泛，其合成方法和性質也具有研究價值．
Ⅰ．乙醇可以作為燃料燃燒．
已知化學鍵的鍵能是指氣態原子間形成1mol化學鍵時釋放出的能量．應用表中數據（25℃、101kPa），寫出氣態乙醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式C₂H₅OH（g）+3O₂（g）2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1253kJ/mol．

鍵	C-C	C-H	O=O	H-O	C-O	C=O
鍵能/（kJ•mol-1）	348	413	498	463	351	799

Ⅱ．直接乙醇燃料電池（DEFC）具有很多優點，引起了人們的研究興趣．現有以下三種乙醇燃料電池（圖1）．堿性乙醇燃料電池酸性乙醇燃料電池熔融鹽乙醇燃料電池
（1）三種乙醇燃料電池中正極反應物均為O₂．
（2）堿性乙醇燃料電池中，電極a上發生的電極反應式為C₂H₅OH+16OH^--12e^-2CO₃^2-+11H₂O，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會不斷下降，其原因是空氣中的CO₂會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH．
（3）酸性乙醇燃料電池中，電極b上發生的電極反應式為3O₂+12H⁺+12e^-6H₂O，通過質子交換膜的離子是H⁺．
（4）熔融鹽乙醇燃料電池中若選擇熔融碳酸鉀為介質，電池工作時，CO₃^2-向電極a（填“a”或“b”）移動，電極b上發生的電極反應式為O₂+2CO₂+4e^-2CO₃^2-．
Ⅲ．已知氣相直接水合法可以制取乙醇：H₂O（g）+C₂H₄（g）?CH₃CH₂OH（g）．當n（H₂O）：n（C₂H₄）=1：1時，乙烯的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖2：
（1）圖中壓強P₁、P₂、P₃、P₄的大小順序為：p₁＜p₂＜p₃＜p₄，理由是：反應分子數減少，相同溫度下，壓強升高乙烯轉化率提高．
（2）氣相直接水合法采用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應溫度290℃，壓強6.9MPa，n（H₂O）：n（C₂H₄）=0.6：1．該條件下乙烯的轉化率為5%．若要進一步提高乙烯的轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以采取的措施有將產物乙醇液化移去、增加nH₂O：nC₂H₄比．
Ⅳ．探究乙醇與溴水是否反應．
（1）探究乙醇與溴水在一定條件下是否可以發生反應，實驗如表：

實驗編號	實驗步驟	實驗現象
1	向4mL無水乙醇中加入1mL溴水，充分振蕩，靜置4小時	溶液橙黃色褪去，溶液接近無色
2	向4mL無水乙醇中加入1mL溴水，加熱至沸騰	開始現象不明顯，沸騰后溶液迅速褪色
	向淀粉KI溶液中滴加冷卻后的上述混合液	溶液顏色不變
3	向4mL水中加入1mL溴水，加熱至沸騰	橙黃色略變淺
	向淀粉KI溶液中滴加冷卻后的溴水混合液	溶液變藍

①實驗2中向淀粉-KI溶液中滴加冷卻后的混合液的目的是檢驗反應后溶液中是否還含有溴單質．
②實驗3的作用是對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質反應．
③根據實驗現象得出的結論是加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應．
（2）探究反應類型
現有含a mol Br₂的溴水和足量的乙醇，請從定量的角度設計實驗（其他無機試劑任選），探究該反應是取代反應還是氧化反應（已知若發生氧化反應，則Br₂全部轉化為HBr）：取含amolBr₂的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應后利用AgNO₃標準液滴定測定溶液中Br^-物質的量．若n（Br^-）=amol則發生取代反應；若n（Br^-）=2amol則發生氧化反應；若amol＜n（Br^-）＜2amol則既發生了取代反應也發生了氧化反應．

Answer 1

分析 Ⅰ反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，注明物質的聚集狀態與焓變書寫熱化學方程式；
Ⅱ（1）正極上O₂得電子發生還原反應；
（2）負極上燃料失電子發生氧化反應，空氣中的CO₂會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH；
（3）電池的兩極分別充入乙醇和氧氣，形成原電池反應時，乙醇被氧化，應為負極，b為正極，通過質子交換膜的離子是H⁺；
（4）原電池中陰離子向負極移動，電極b上發生還原反應；
Ⅲ（1）在相同溫度下由于乙烯轉化率為p₁＜p₂＜p₃＜p₄，正反應為氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應分析移動，乙烯的轉化率增大；
（2）若要進一步提高乙烯轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質的濃度；
Ⅳ（1）①檢驗反應后溶液中是否還含有溴單質；
②實驗3的作用是對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質反應；
③根據實驗現象得出的結論是加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應；
（2）根據發生氧化反應，則Br₂全部轉化為HBr，發生取代反應，則Br₂一半轉化為HBr．

解答 解：Ⅰ反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則C₂H₅OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=348kJ/mol+413×5kJ/mol+351kJ/mol+463kJ/mol+498×3kJ/mol-799×2×2kJ/mol-463×2×3kJ/mol=-1253kJ/mol，故答案為：C₂H₅OH（g）+3O₂（g）2CO₂（g）+3H₂O（g）△H=-1253kJ/mol
Ⅱ（1）正極發生還原反應，三種乙醇燃料電池中正極反應物均為O₂，故答案為：O₂；
（2）負極上乙醇失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH₃CH₂OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，空氣中的CO₂會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH，故答案為：CH₃CH₂OH-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；空氣中的CO₂會與KOH溶液反應，降低溶液的堿性，同時反應中也會消耗KOH；
（3）電池的兩極分別充入乙醇和氧氣，形成原電池反應時，乙醇被氧化，應為負極；b為正極，正極發生O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；H⁺；
（4）原電池中陰離子向負極移動，所以CO₃^2-向負極（a）移動，電極b上發生還原反應，故答案為：a；O₂+2CO₂+4e^- 2CO₃^2-；
Ⅲ（1）由圖可知，在相同溫度下乙烯轉化率為p₁＜p₂＜p₃＜p₄，由C₂H₄（g）+H₂O（g）═C₂H₅OH（g）△H=-45.5kJ•mol^-1，可知正反應為氣體體積減小的反應，所以增大壓強，平衡正向移動，乙烯的轉化率提高，因此壓強關系是p₁＜p₂＜p₃＜p₄，故答案為：p₁＜p₂＜p₃＜p₄；反應分子數減少，相同溫度下，壓強升高乙烯轉化率提高；
（2）若要進一步提高乙烯轉化率，除了可以適當改變反應溫度和壓強外，還可以改變物質的濃度，如從平衡體系中將產物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度，改變二者物質的量的比等，故答案為：將產物乙醇液化移去；增加nH₂O：nC₂H₄比；
Ⅳ（1）①檢驗反應后溶液中是否還含有溴單質，故答案為：檢驗反應后溶液中是否還含有溴單質；
②實驗3的作用是對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質反應，故答案為：對比實驗，驗證在加熱條件下水是否能夠與溴單質反應；
③根據實驗現象得出的結論是加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應，故答案為：加熱條件下或長期放置，乙醇能夠與溴水反應；
（2）根據發生氧化反應，則Br₂全部轉化為HBr，發生取代反應，則Br₂一半轉化為HBr，取含a mol Br₂的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應后利用AgNO₃標準液滴定測定溶液中Br^-物質的量．若n（Br^-）=a mol則發生取代反應；若n（Br^-）=2a mol則發生氧化反應；若a mol＜n（Br^-）＜2a mol則既發生了取代反應也發生了氧化反應．故答案為：取含a mol Br₂的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應后利用AgNO₃標準液滴定測定溶液中Br^-物質的量．若n（Br^-）=a mol則發生取代反應；若n（Br^-）=2a mol則發生氧化反應；若a mol＜n（Br^-）＜2a mol則既發生了取代反應也發生了氧化反應．

點評 本題考查了化學實驗方案的評價、官能團的性質和檢驗應用、化學方程式的書寫、壓強對平衡移動的影響、物質制取方案的比較、反應熱的計算等知識，綜合性非常強，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度，側重于學生分析問題、解決問題、知識遷移能力的培養．