Question

11．能源是人類生存和發(fā)展的重要支柱．研究并有效地開發(fā)新能源在能源緊缺的今天具有重要的理論意義．已知H₂與CO反應(yīng)生成CH₃OH的過程如圖所示：CO的燃燒熱△H₂=-b kJ•mol^-1，CH₃OH的燃燒熱
△H₃=-c kJ•mol^-1．請根據(jù)以上信息，回答下列有關(guān)問題：
（1）甲醇是一種可（填“可”或“不可”）再生能源，甲醇的官能團(tuán)的電子式是．
（2）CH₃OH燃燒的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-2ckJ•mol^-1．
（3）H₂的燃燒熱△H=$\frac{a+c-b}{2}$KJ/mol．
（4）一些化學(xué)鍵鍵能如下：C=O為d kJ/mol；O=O為ekJ/mol；C=O為fkJ/mol．則由以上數(shù)據(jù)有b=2f-d-$\frac{e}{2}$（用d、e、f的代數(shù)式表示）．
（5）H₂和CO的混合氣體n mol，充分燃燒共放出Q kJ熱量，則混合氣體中H₂和CO的物質(zhì)的量之比為（2bn-2Q）：（bn-an-cn+2Q）．
（6）CO與O₂可以組成新型燃料電池，若該電池以Pt為電極，以KOH為電解質(zhì)溶液，寫出該燃料電池的正極反應(yīng)式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）甲醇是一種可再生能源，甲醇的官能團(tuán)是羥基，呈電中性；
（2）依據(jù)甲醇的燃燒熱概念書寫熱化學(xué)方程式；
（3）分析圖象結(jié)合甲醇和一氧化碳的燃燒熱，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算氫氣的燃燒熱；
（4）依據(jù)反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和；
（5）依據(jù)氫氣和一氧化碳燃燒的化學(xué)方程式計(jì)算；
（6）正極是氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；

解答 解：（1）甲醇是一種可再生能源，甲醇的官能團(tuán)是羥基，呈電中性，電子式為：，故答案為：可；；
（2）CH₃OH的燃燒熱△H₃=-ckJ•mol^-1；燃燒熱是可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，
熱化學(xué)方程式為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-2ckJ•mol^-1，故答案為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-2ckJ•mol^-1；
（3）依據(jù)甲醇和一氧化碳的燃燒熱計(jì)算氫氣的燃燒熱：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-2ckJ•mol^-1；
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-2bkJ•mol^-1；
③2H₂（g）+CO（g）=CH₃OH（l）△H=-aKJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律，③×2-②+①得到：4H₂（g）+2O₂（g）=4H₂O（l）△H=-（2a-2b+2c）KJ/mol；
依據(jù)氫氣的燃燒熱是1mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量，氫氣的燃燒熱=$\frac{a+c-b}{2}$KJ/mol；故答案為：$\frac{a+c-b}{2}$KJ/mol
（4）一些化學(xué)鍵鍵能如下：C≡O(shè)為d kJ/mol；O=O為ekJ/mol；C=O為fkJ/mol．
反應(yīng)為：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-2bkJ•mol^-1；
反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=2d+e-2×f×2=△H=-2b，b=2f-d-$\frac{e}{2}$；故答案為：2f-d-$\frac{e}{2}$；
（5）H₂和CO的混合氣體nmol，設(shè)氫氣為物質(zhì)的量為X，一氧化碳物質(zhì)的量為n-X；充分燃燒共放出QkJ熱量
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-2bkJ•mol^-1；
2                          2b
n-X                        b（n-X）
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-（a-b+c）KJ/mol 
2                                                            a+c-b
X                                                       $\frac{X}{2}$（a+c-b）         
得到：b（n-X）+$\frac{X}{2}$（a+c-b）=Q；
計(jì)算得到：X=$\frac{2bn-2Q}{3b-a-c}$
 混合氣體中H₂和CO的物質(zhì)的量之比=$\frac{2bn-2Q}{3b-a-c}$：$\frac{bn-an-cn+2Q}{3b-a-c}$=（2bn-2Q）：（bn-an-cn+2Q）
故答案為：（2bn-2Q）：（bn-an-cn+2Q）；
（6）正極是氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，故答案為：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

點(diǎn)評 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫方法，燃燒熱的概念理解和應(yīng)用，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，鍵能計(jì)算焓變的應(yīng)用，混合物的計(jì)算分析，原電池的電極反應(yīng)等，題目難度中等．