Question

15．隨著世界工業經濟的發展、人口的劇增，全球能源緊張及世界氣候面臨越來越嚴重的問題，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發利用CO₂引起了全世界的普遍重視．
（1）如圖為C及其氧化物的變化關系圖，若①變化是置換反應，則其化學方程式可為C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；圖中變化過程哪些是吸熱反應①③（填序號）．
（2）把煤作為燃料可通過下列兩種途徑：
途徑Ⅰ：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H₁＜0；①
途徑Ⅱ：先制成水煤氣：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0；②
再燃燒水煤氣：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃＜0，③
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₄＜0．④
則途徑Ⅰ放出的熱量等于（填“大于”、“等于”或“小于”）途徑Ⅱ放出的熱量；△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的數學關系式是△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）．
（3）甲醇是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景，工業上可用如下方法合成甲醇：
方法一　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）    方法二　CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
在25℃、101kPa下，1克甲醇完全燃燒放熱22.68kJ，寫出甲醇燃燒的熱化學方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32akJ•mol^-1；
（4）金屬鈦冶煉過程中其中一步反應是將原料金紅石轉化：
TiO₂（金紅石）+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO
已知：C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
TiO₂（s）+2Cl₂（g）═（s）+O₂（g）△H=+141kJ•mol^-1
則TiO₂（s）+2Cl₂（g）+（s）═（s）+（g）的△H=-80kJ/mol．
（5）臭氧可用于凈化空氣，飲用水消毒，處理工業廢物和作為漂白劑．臭氧幾乎可與除鉑、金、銥、氟以外的所有單質反應．如
（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s）△H=-235.8kJ•mol^-1，
已知：2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g）△H=+62.2kJ•mol^-1，
則O₃轉化為O₂的熱化學方程式為2O₃（g）═3O₂（g）△H=-285kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）依據碳及其化合物性質分析轉化關系，①是置換反應可以是碳好水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣，或與金屬氧化物反應，其中碳和水蒸氣反應，碳和二氧化碳反應為吸熱反應；
（2）根據蓋斯定律的原理來判斷，根據蓋斯定律①=②+③×$\frac{1}{2}$+④×$\frac{1}{2}$判斷；
（3）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，題干所給量計算32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態水放熱，結合熱化學方程式書寫方法，標注物質聚集狀態和對應焓變；
（4）根據蓋斯定律Ⅰ×2-Ⅱ+Ⅲ計算；
（5）Ⅰ、6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-235.8kJ•mol^-1，
Ⅱ、2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+62.2kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律可知Ⅰ×2+Ⅱ×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），以此計算反應熱；

解答 解：（1）①是置換反應可以是碳好水蒸氣反應生成一氧化碳和氫氣，或與金屬氧化物反應，反應的化學方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，其中碳和水蒸氣反應，碳和二氧化碳反應為吸熱反應即①③為吸熱反應；
故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，①③；
（2）由蓋斯定律可知：若是一個反應可以分步進行，則各步反應的吸收或放出的熱量總和與這個反應一次發生時吸收或放出的熱量相同；
根據蓋斯定律，①=②+③×$\frac{1}{2}$+④×$\frac{1}{2}$ 所以△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄），故答案為：等于；△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）；
（3）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態水時放熱akJ．32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態水放出熱量為32QKJ；則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32akJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32akJ•mol^-1；
（4）Ⅰ、C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-393.5kJ•mol^-1；
Ⅱ、2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
Ⅲ、TiO₂（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（s）+O₂（g）△H=+141kJ•mol^-1
蓋斯定律計算Ⅰ×2-Ⅱ+Ⅲ得到：TiO₂（s，金紅石）+2C（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=-80 kJ/mol，
故答案為：-80 kJ/mol；
（5）Ⅰ、6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-235.8kJ•mol^-1，
Ⅱ、2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+62.2kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律可知Ⅰ×2+Ⅱ×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），則反應熱△H=（-235.8kJ•mol^-1）×2+（+62.2kJ•mol^-1）×3=-285kJ/mol，
故答案為：2O₃（g）═3O₂（g）△H=-285kJ/mol．

點評 本題考查較綜合，涉及熱化學反應方程式、蓋斯定律的應用，側重反應原理的考查，注重知識的遷移應用，題目難度中等．