Question

14．（1）在生產生活中，金屬腐蝕所帶來的損失非常嚴重，所以防止金屬腐蝕已經成為科學研究和技術領域的重大問題．興趣小組的同學在實驗室對金屬腐蝕進行了探究．如圖1所示，鐵處于A、B、C三種不同的環境中，鐵被腐蝕的速率由大到小的順序是（填序號）：A＞C＞B

（2）天然氣的主要成分是甲烷（CH₄），甲烷燃燒時的能量變化如圖2所示．已知H₂O （l）?H₂O（g）△H=+44kJ/mol，寫出甲烷完全燃燒生成CO₂和液態水的熱化
學方程式：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890 kJ/mol
（3）氫能是21世紀極具開發前景的新能源之一，它既是綠色能源，又可循環利用．
①請在圖3的兩個空框中填上循環過程中反應物和生成物的分子式，以完成理想的氫能源循環體系圖（循環中接受太陽能的物質在自然界中廣泛存在）．
②從能量轉移的角度看，過程Ⅱ主要是化學能轉化為電能．
③綠色化學提倡化工生產應提高原子利用率，原子利用率表示目標產物的質量與生成物的總質量之比．將CO₂轉化為有機物可有效實現碳循環．CO₂轉化成有機物的例子很多，如：
a．CO₂+CH₄$→_{△}^{催化劑}$CH₃COOH
b．2CO₂+6H₂$→_{△}^{催化劑}$H₂C═CH₂+4H₂O
c．6CO₂+6H₂O$\stackrel{光合作用}{→}$C₆H₁₂O₆+6O₂
d．CO₂+3H₂$→_{△}^{催化劑}$CH₃OH+H₂O
以上反應中，最節能的是C，原子利用率最高的是B．

Answer 1

分析 （1）金屬腐蝕的速度：原電池的負極金屬＞金屬的化學腐蝕＞有保護措施的腐蝕；
（2）根據圖示寫出1 mol CH₄完全燃燒生成氣態水時的熱化學方程式，然后結合每摩爾水由氣態變為液態時放出44kJ，根據蓋斯定律來解答；
（3）①分析轉化關系可知氫能源循環體系圖中，燃料電池是氫氣和氧氣反應燃燒生成水的過程，水在太陽能和催化劑作用下分解有生成氧氣和氫氣；
②過程Ⅱ是發生的原電池反應；
③根據題中信息綠色化學的要求：反應物全部轉化為期望的產物，使原子的利用率達到100%，可知化合反應、加成反應符合綠色化學的要求；需要的條件越簡單，越節能．

解答 （1）解：鐵處于A的環境中做原電池的負極，腐蝕速率較快，鐵處于B的環境中做原電池的正極，被保護，腐蝕速率很慢，鐵處于C的環境中的金屬鐵發生吸氧腐蝕，速度較慢．
故答案為：A＞C＞B；
（2）由圖知1 mol CH₄完全燃燒生成氣態水時放出熱量為（882-80）kJ=802 kJ，
熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802 kJ/mol①
又知每摩爾水由氣態變為液態時放出44kJ：H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44KJ/mol②
根據蓋斯定律，將①+②×2可得：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（-802 kJ/mol）+2×（-44KJ/mol）=-890 kJ/mol
故答案為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-890kJ/mol；
（3）①轉化關系可知氫能源循環體系圖中，燃料電池是氫氣和氧氣反應燃燒生成水的過程，水在太陽能和催化劑作用下分解有生成氧氣和氫氣，兩個框中的X、Y為循環過程中反應物和生成物的分子式為：左邊為H₂O；右邊為H₂、O₂；
故答案為：左邊為H₂O；右邊為H₂、O₂；
②過程Ⅱ是發生的原電池反應，能量變化是化學能轉化為電能的過程；
故答案為：化學；電；
③C需要的條件是自然界中存在的太陽光，其他反應需要特定的催化劑，所以C最節能，根據題中信息綠色化學的要求：反應物全部轉化為期望的產物，使原子的利用率達到100%，可知C是化合反應，原子利用率最高．
故答案為：C；B．

點評 本題考查學生金屬的腐蝕速率快慢比較、蓋斯定律的應用和反應熱的求算、化學反應過程中能量變化形式、原電池原理的分析應用等知識，難度不大，綜合性強．