Question

16．化學在能源開發(fā)與利用中起著十分關鍵的作用．
（1）蘊藏在海底的“可燃冰”是高壓下形成的外觀象冰的甲烷水合物固體．甲烷氣體燃燒和水汽化的熱化學方程式分別為：
CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ•mol^-1，
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1；
則356g“可燃冰”（分子式為CH₄•9H₂O）釋放的甲烷氣體完全燃燒生成液態(tài)水，放出的熱量為1780.6kJ．
（2）0.3mol的氣態(tài)高能燃料乙硼烷（B₂H₆）在氧氣中燃燒，生成固態(tài)三氧化二硼和液態(tài)水，放出649.5kJ熱量，其熱化學方程式為B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（l）△H=-2165 kJ/mol；
（3）家用液化氣中主要成分之一是丁烷（C₄H₁₀）．當1g丁烷完全燃燒并生成CO₂和液態(tài)水時，放出熱量50kJ．試寫出丁烷燃燒反應的熱化學方程式C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）═4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=-2900 kJ/mol．
（4）聯(lián)合國氣候變化大會于2009年12月7～18日在哥本哈根召開．中國政府承諾到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%．
①有效“減碳”的手段之一是節(jié)能．下列制氫方法最節(jié)能的是C（填字母序號）．
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O $\stackrel{高溫}{?}$CO+3H₂
②用CO₂和氫氣合成CH₃OCH₃（甲醚）是解決能源危機的研究方向之一．
已知：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
則CO₂和氫氣合成CH₃OCH₃（g）的熱化學方程式為2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）356 g CH₄•9H₂O可以釋放出2 mol CH₄，計算甲烷燃燒生成二氧化碳與氣態(tài)水放出的熱量，再計算氣態(tài)水轉化為液態(tài)水放出的熱量，兩部分之和均為燃燒生成液態(tài)水放出的熱量；
（2）計算1mol氣態(tài)乙硼烷在氧氣中燃燒生成固態(tài)三氧化二硼和液態(tài)水放出的熱量，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
（3）1g丁烷氣體完全燃燒生成CO₂和H₂O（l）放出熱量50 kJ，則1mol丁烷反應生成CO₂和H₂O（l）放出熱量為50kJ×$\frac{1mol×58g/mol}{1g}$=2900kJ，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
（4）①有效“減碳”的手段之一是節(jié)能，利用太陽光催化分解水制氫是最節(jié)能的，減少電能、天然氣、熱能的利用；
②利用已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式．

解答 解：（1）356 g CH₄•9H₂O物質的量為$\frac{365g}{（16+18×9）g/mol}$=2mol，可以釋放出2 mol CH₄，由CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-802.3kJ•mol^-1，可知2mol甲烷燃燒生成氣態(tài)水放出熱量為2mol×802.3kJ/mol=1604.6kJ，同時生成4molH₂O（g），由H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1，可知4molH₂O（g）轉化為4molH₂O（l）放出的熱量為4mol×44kJ/mol=176kJ，故放出的熱量為1604.6kJ+176kJ=1 780.6 kJ；
故答案為：1780.6；
（2）1mol氣態(tài)高能燃料乙硼烷在氧氣中燃燒，生成固態(tài)三氧化二硼和液態(tài)水，放出的熱量為649.5kJ×$\frac{1mol}{0.3mol}$=2165kJ，反應的熱化學方程式為：B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（l）△H=-2165kJ/mol；
故答案為：B₂H₆（g）+3O₂（g）═B₂O₃（s）+3H₂O（l）△H=-2165 kJ/mol；
（3）1g丁烷氣體完全燃燒生成CO₂和H₂O（l）放出熱量50 kJ，則1mol丁烷反應生成CO₂和H₂O（l）放出熱量為50kJ×$\frac{1mol×58g/mol}{1g}$=2900kJ，丁烷燃燒的熱化學方程式為：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）═4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=-2900 kJ/mol，
故答案為：C₄H₁₀（g）+$\frac{13}{2}$O₂（g）═4CO₂（g）+5H₂O（l）△H=-2900 kJ/mol；
（4）①A．消耗電能，不是最節(jié)能的方法，故A錯誤；
B．消耗熱能，不是減碳的手段，故B錯誤；
C．利用太陽光催化分解水制氫是最節(jié)能的，故C正確；
D．天然氣是非再生能源，且消耗熱能，不是最節(jié)能的方法，故D錯誤．
故選C；
②已知：Ⅰ．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.7kJ•mol^-1
Ⅱ．2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ•mol^-1
Ⅲ．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ×2+Ⅱ-Ⅲ×2可得：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5 kJ•mol^-1，
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-122.5 kJ•mol^-1．

點評 本題考查反應熱計算、熱化學方程書寫等，注意對蓋斯定律的理解與應用，反應熱計算常涉及：熱化學方程式與蓋斯定律應用、燃燒熱與中和熱概念等．