Question

（2012?通州區(qū)一模）為倡導(dǎo)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”，降低大氣中CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO₂，科學(xué)家正在研究如何將CO₂轉(zhuǎn)化為可利用的資源．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
（1）圖1表示該反應(yīng)過(guò)程中能量變化，則該反應(yīng)為

放熱

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），判斷依據(jù)是

反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量

；
（2）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖2所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應(yīng)式為：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

；
②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O

；
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ∕mol

；
（4）為了消除污染，在一定條件下，向含有甲醇的廢水中加入一定量的稀硝酸，會(huì)有N₂等物質(zhì)生成．若參加反應(yīng)的氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為6：5，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式

5CH₃OH+6HNO₃=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O

；在此反應(yīng)過(guò)程中若消耗32g 甲醇，將轉(zhuǎn)移

6

mol 電子．

Answer 1

分析：（1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）①原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，堿性條件下生成氫氧根離子；
②該原電池實(shí)質(zhì)為甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳在與氫氧化鉀反應(yīng)生成碳酸鉀與水，據(jù)此書(shū)寫(xiě)；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由于已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（4）反應(yīng)中硝酸為氧化劑，甲醇為還原劑，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，計(jì)算C元素在氧化產(chǎn)物的化合價(jià)，據(jù)此判斷氧化產(chǎn)物，書(shū)寫(xiě)方程式，根據(jù)n=

m

M

計(jì)算甲醇的物質(zhì)的量，結(jié)合C元素化合價(jià)變化計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量．

解答：解：（1）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，故該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；
（2）①原電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，堿性條件下生成氫氧根離子，電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②該原電池實(shí)質(zhì)為甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳在與氫氧化鉀反應(yīng)生成碳酸鉀與水，該原電池總的反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
故CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（4）反應(yīng)中硝酸為氧化劑，甲醇為還原劑，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，令C元素在氧化產(chǎn)物的化合價(jià)為a，則：
6×5=5×[a-（-2）]，解得a=4，故氧化產(chǎn)物為CO₂，反應(yīng)方程式為：5CH₃OH+6HNO₃=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O，
甲醇的物質(zhì)的量為

32g

32g/mol

=1mol，反應(yīng)C元素化合價(jià)由-2價(jià)升高為+4，故轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為1mol×[4-（-2）]=6mol，
故答案為：5CH₃OH+6HNO₃=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O；6；

點(diǎn)評(píng)：本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、原電池、氧化還原反應(yīng)的有關(guān)計(jì)算等，難度中等，（4）中注意利用電子轉(zhuǎn)移守恒判斷氧化產(chǎn)物．