Question

18．CO₂是一種主要的溫室氣體，研究CO₂的利用對促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)建具有重要的意義．
（1）金剛石和石墨燃燒反應(yīng)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(wěn)定，石墨的燃燒熱為393.5kJ•mol^-1．
②石墨與CO₂反應(yīng)生成CO的熱化學(xué)方程式：C（s）+CO₂（g）=2CO（g）△H=+172.5 kJ•mol^-1
（2）采用電化學(xué)法可將CO₂轉(zhuǎn)化為甲烷．試寫出以氫氧化鉀水溶液作電解質(zhì)時(shí)，該轉(zhuǎn)化的電極反應(yīng)方程式CO₂+8e^-+6H₂O=CH₄+8OH^-
（3）CO₂為原料還可合成多種物質(zhì)．工業(yè)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(dòng)吹氣流量偵測與控制的功能，非常適合進(jìn)行現(xiàn)場酒精檢測．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)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(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量計(jì)算；
②依據(jù)石墨燃燒生成一氧化碳熱化學(xué)方程式和一氧化碳燃燒生成二氧化碳熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到所需讓化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)原電池原理，CO₂在正極發(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，注意電解質(zhì)溶液為堿性；
（3）①依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)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(fù)極被氧氣氧化發(fā)生氧化反應(yīng)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(zhì)能量越低越穩(wěn)定，所以石墨穩(wěn)定；依據(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，圖象分析計(jì)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(xué)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(xué)方程式：b、CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0KJ/mol；
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算，a-b得到所需讓化學(xué)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(fā)生還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為甲烷，電極反應(yīng)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(jù)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(fù)極被氧氣氧化發(fā)生氧化反應(yīng)生成醋酸，CH₃CH₂OH-4e^-+H₂O=4H⁺+CH₃COOH；
故答案為：CH₃CH₂OH-4e^-+H₂O=4H⁺+CH₃COOH．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)反應(yīng)能量變化，原電池、電解池原理分析應(yīng)用，熱化學(xué)方程式、電解反應(yīng)方程式的書寫式解題關(guān)鍵，題目難度中等．