Question

18．能源在國民經濟中具有重要的戰略地位．有人說能源相當于城市的血液，它驅動著城市的運轉．
（1）①丙烷（C₃H₈）常用作運動會火炬的燃料，圖甲表示一定量丙烷完全燃燒生成CO₂（g）和1molH₂O（l）過程中的能量變化（圖中括號內“+”或“-”未標注）．請寫出表示丙烷燃燒熱的熱化學方程式：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol．
②二甲醚（CH₃OCH₃）作為一種新型燃料，應用前景廣闊．已知常溫下1mol二甲醚完全燃燒放熱1455kJ．現有1mol丙烷和二甲醚的混合氣，常溫下完全燃燒共放熱1645kJ，則混合氣中丙烷和二甲醚的物質的量之比為1：3．
（2）蓋斯定律認為：不管化學過程是一步完成或分數步完成，整個過程的總熱效應相同．試運用蓋斯定律回答下列問題：
①反應A+B→C（△H＜0）分兩步進行：①A+B→X（△H＞0），②X→C（△H＜0）．如示意圖乙中，能正確表示總反應過程中能量變化的是d（填字母）．

②已知：H₂O（g）=H₂O△H₁=-Q₁kJ/mol
C₂H₅OH（g）=C₂H₅OH△H₂=-Q₂kJ/mol
C₂H₅OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（g）△H₃=-Q₃kJ/mol
若使23g液態無水酒精完全燃燒，并恢復到室溫，則整個過程中放出的熱量為0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁．
（3）水溶液鋰電池體系是復旦大學教授吳宇平課題組的一項重磅研究成果．研究成果刊發于2013年《自然》（Nature）雜志子刊《科學報道》（Sci．Report）．如圖丙某鋰電池中用有機電解液將電極鋰與水性電解液隔開的目的為防止金屬鋰與水發生反應，其充電時陽極的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①分析圖象得到生成1mol水的焓變△H=-553.75KJ/mol；依據熱化學方程式書寫方法寫出，注意物質聚集狀態，對應量下的焓變；
②依據熱化學方程式結合混合氣體物質的量和放熱列式計算得到二甲醚和丙烷物質的量之比；
（2）①根據物質具有的能量進行計算：△H=E（生成物的總能量）-E（反應物的總能量），當反應物的總能量大于生成物的總能量時，反應放熱，當反應物的總能量小于生成物的總能量時，反應吸熱，以此解答該題；
②依據熱化學方程式，結合蓋斯定律計算得到熱化學方程式；
（3）防上鋰與水發生氧化還原反應；陽極發生氧化反應，電極反應式為：4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O．

解答 解：（1）①圖象是一定量丙烷完全燃燒生成CO₂和1mol H₂O（l）過程中的能量變化圖，反應放熱△H=-553.75KJ/mol，則寫出的熱化學方程式為C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol，故答案為：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol；
②1mol二甲醚完全燃燒生成CO₂和液態水放出1455kJ熱量．若1mol丙烷和二甲醚的混合氣體完全燃燒生成CO₂和液態水共放出1645kJ熱量，設1mol混合氣體中二甲醚物質的量x，丙烷物質的量為1-x，C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）；△H₁=-2215.0 kJ/mol，得到丙烷燃燒放熱（1-x）2215KJ；依據條件得到：1645KJ-1455xKJ=（1-x）2215KJ，計算得到x=0.75，則混合丙烷物質的量為0.25mol，則混合氣體中丙烷和二甲醚物質的量之比=0.25：0.75=1：3，故答案為：1：3；
（2）①由反應 A+B→C（△H＜0）分兩步進行 ①A+B→X （△H＞0）②X→C（△H＜0）可以看出，A+B→C（△H＜0）是放熱反應，A和B的能量之和大于C，由①A+B→X （△H＞0）可知這步反應是吸熱反應，X→C（△H＜0）是放熱反應，故X的能量大于A+B；A+B的能量大于C；X 的能量大于C，圖象d符合，
故答案為：d：
②依據蓋斯定律計算；
①C₂H₅OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（g）；△H₁=-Q₃ kJ/mol，
②C₂H₅OH（g）=C₂H₅OH（l）；△H₂=-Q₂ kJ/mol，
③H₂O（g）=H₂O（l）；△H₃=-Q₁ kJ/mol．
依據蓋斯定律：①-②+3×③得到：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）；△H₁=-（Q₃-Q₂+3Q₁）kJ/mol，
若使23g液態無水酒精物質的量為0.5mol，完全燃燒，并恢復到室溫，則整個過程中放出的熱量為（0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁ ）KJ；
故答案為：0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁；
（3）防上鋰與水發生氧化還原反應；陽極發生氧化反應，電極反應式為：4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：防止金屬鋰與水發生反應；4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O．

點評 本題考查了燃燒熱概念，熱化學方程式的計算，蓋斯定律的計算應用，物質的能量分析應用和化學反應的能量變化，熱化學方程式的計算和蓋斯定律的計算應用是解題關鍵，題目難度中等．