Question

【題目】CO2是一種主要的溫室氣體，研究CO2的利用對(duì)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a所示。在通常狀況下，金剛石和石墨中，__________（填“金剛石”或“石墨”）更穩(wěn)定，石墨的燃燒熱為__________。

（2）采用電化學(xué)法可將二氧化碳轉(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__________________________________________。

（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=___________________。

②下圖是一種以煙道氣為原料合成乙醇的工作原理示意圖。對(duì)上述流程的分析，下列說法正確的是_________。

A.該流程至少包含4種形式的能量轉(zhuǎn)化

B.裝置X中陰極反應(yīng)為：2H2O－4e－=4H++O2↑

C.合成塔中生成乙醇的反應(yīng)是化合反應(yīng)

D.流程設(shè)計(jì)體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想

（4）鎂燃料電池在可移動(dòng)電子設(shè)備電源和備用電源等方面應(yīng)用前景廣闊。圖b為“鎂—次氯酸鹽”燃料電池原理示意圖，電極為鎂合金和鉑合金。

① E為該燃料電池的___________極（填“正”或“負(fù)”）。F電極上的電極反應(yīng)式為___________。

② 鎂燃料電池負(fù)極容易發(fā)生自腐蝕產(chǎn)生氫氣，使負(fù)極利用率降低，用化學(xué)用語解釋其原因__________________________。

Answer 1

【答案】 石墨 393.5kJ/mol CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH- -305.7 kJ/mol A D 負(fù) ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH- Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2

【解析】試題分析：（1）能量越低越穩(wěn)定；石墨的燃燒熱是1mol石墨完全燃燒生成二氧化碳放出的熱量；（2）采用電化學(xué)法可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，二氧化碳在正極發(fā)生還原反應(yīng)生成甲烷；（3）①根據(jù)蓋斯定律計(jì)算2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(l)的焓變；②根據(jù)流程圖分析；（4）“鎂-次氯酸鹽”燃料電池中失電子的為負(fù)極，則Mg為負(fù)極，鎂失去電子生成Mg(OH)2，正極上ClO-得電子生成氯離子，則正極的電極反應(yīng)式為:ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-，以此解答該題；鎂與水能反應(yīng)，所以鎂燃料電池負(fù)極容易發(fā)生自腐蝕。

解析：根據(jù)圖示可知，相同物質(zhì)的量的金剛石、石墨燃燒，金剛石放熱多，所以金剛石的能量大于石墨，金剛石和石墨中，石墨更穩(wěn)定；石墨的燃燒熱是1mol石墨完全燃燒生成二氧化碳放出的熱量，根據(jù)圖示，1mol石墨完全燃燒生成二氧化碳放出(110.5+283.0)=393.5 kJ，所以石墨的燃燒熱是393.5kJ/mol；（2）采用電化學(xué)法可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷，二氧化碳在正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成甲烷，該轉(zhuǎn)化的電極反應(yīng)式是CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-；

（3） ①H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol－1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=－41.2kJ·mol－1

③2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H=－256.1kJ·mol－1

根據(jù)蓋斯定律③-①-② 得2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(l)△H= -305.7 kJ/mol；②流程圖中包括：光能→電能、電能→化學(xué)能，熱能→化學(xué)能，化學(xué)能→化學(xué)能，熱能→動(dòng)能，故A正確；根據(jù)流程圖，X是電解水裝置，電解水陰極反應(yīng)式為2H2O+2e－=2OH-+H2↑，故B錯(cuò)誤；合成塔中的反應(yīng)方程式為： 6H2+2CO2=CH3CH2OH+3H2O ，不是化合反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；產(chǎn)物是乙醇和水，無污染，故D正確；（4）“鎂-次氯酸鹽”燃料電池中失電子的為負(fù)極，則Mg為負(fù)極，所以E為該燃料電池的負(fù)極；F是正極，正極上ClO-得電子生成氯離子，則正極的電極反應(yīng)式為:ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-；鎂與水能反應(yīng)，所以鎂燃料電池負(fù)極容易發(fā)生自腐蝕，反應(yīng)方程式是Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2。