Question

18．CO₂是一種主要的溫室氣體，研究CO₂的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．
（1）金剛石和石墨燃燒反應中的能量變化如圖1所示．
①在通常狀況下，金剛石和石墨中，石墨（填“金剛石”或“石墨”）更穩定，石墨的燃燒熱為393.5kJ•mol^-1．
②石墨與CO₂反應生成CO的熱化學方程式：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ•mol^-1
（2）采用電化學法可將CO₂轉化為甲烷．試寫出以氫氧化鉀水溶液作電解質時，該轉化的電極反應方程式CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-
（3）CO₂為原料還可合成多種物質．工業上常以CO₂（g）與H₂（g）為原料合成乙醇．
①已知：H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-256.1kJ•mol^-1．
則：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=-305.7kJ•mol^-1
②圖2所示是一種酸性燃料電池酒精檢測儀，具有自動吹氣流量偵測與控制的功能，非常適合進行現場酒精檢測．該電池負極的電極反應為CH₃CH₂OH-4e^-+H₂O=4H⁺+CH₃COOH

Answer 1

分析 （1）①圖象分析說明石墨能量低于金剛石；依據燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量計算；
②依據石墨燃燒生成一氧化碳熱化學方程式和一氧化碳燃燒生成二氧化碳熱化學方程式結合蓋斯定律計算得到所需讓化學方程式；
（2）根據原電池原理，CO₂在正極發生還原反應轉化為甲烷，注意電解質溶液為堿性；
（3）①依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
②酸性燃料電池酒精檢測儀，分析裝置圖可知酒精在負極被氧氣氧化發生氧化反應生成醋酸．

解答 解：（1）①圖象分析說明石墨能量低于金剛石，物質能量越低越穩定，所以石墨穩定；依據燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量，圖象分析計算得到一氧化碳燃燒熱=E₂+E₃=110.5LKJ/mol+283.0KJ/mol=393.5KJ/mol；
故答案為：石墨，393.5；
②石墨燃燒生成一氧化碳熱化學方程式：a、C（s、石墨）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5KJ/mol；
一氧化碳燃燒生成二氧化碳熱化學方程式：b、CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ/mol；
結合蓋斯定律計算，a-b得到所需讓化學方程式：C（s、石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5kJ•mol^-1 ；
故答案為：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ•mol^-1；
（2）CO₂在正極發生還原反應轉化為甲烷，電極反應為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-，故答案為：CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-；
（3）①a、H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1
b、CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
c、2CO（g）+4H₂ （g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-256.1kJ•mol^-1
依據蓋斯定律c-b×2-3a得到：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H=-305.7kJ•mol^-1 ；
故答案為：-305.7kJ•mol^-1 ；
②酒精檢測儀，分析裝置圖可知酒精在負極被氧氣氧化發生氧化反應生成醋酸，CH₃CH₂OH-4e^-+H₂O=4H⁺+CH₃COOH；
故答案為：CH₃CH₂OH-4e^-+H₂O=4H⁺+CH₃COOH．

點評 本題考查了化學反應能量變化，原電池、電解池原理分析應用，熱化學方程式、電解反應方程式的書寫式解題關鍵，題目難度中等．