Question

（16分）為了合理利用化學能，確保安全生產，化工設計需要充分考慮化學反應的焓變，并采取相應措施。化學反應的焓變通常用實驗進行測定，也可進行理論推算。

⑴實驗測得，5g甲醇在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳氣體和液態水時釋放出113.5kJ的熱量，試寫出甲醇燃燒的熱化學方程式：____________________________________。

⑵下圖是某筆記本電腦用甲醇燃料電池的結構示意圖。

放電時甲醇應從______處通入（填“a”或“b”），電池內部H^＋向_____（填“左”或“右”）移動。寫出電池負極的電極反應式：_______________________________。

⑶由氣態基態原子形成1mol化學鍵釋放的最低能量叫鍵能。從化學鍵的角度分析，化學反應的過程就是反應物的化學鍵的破壞和生成物的化學鍵的形成過程。在化學反應過程中，拆開化學鍵需要消耗能量，形成化學鍵又會釋放能量。

化學鍵	H－H	N－H	N≡N
鍵能/kJ·mol－1	436	a	945

已知反應N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)  △H＝－93 kJ·mol^－1。試根據表中所列鍵能數據計算a 的數值：_______________。

⑷依據蓋斯定律可以對某些難以通過實驗直接測定的化學反應的焓變進行推算。

已知：C(s，石墨)＋O₂(g)＝CO₂(g)   △H₁＝－393.5kJ·mol^－1

2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(l)   △H₂＝－571.6kJ·mol^－1

2C₂H₂(g)＋5O₂(g)＝4CO₂(g)＋2H₂O(l)   △H₃＝－2599kJ·mol^－1

根據蓋斯定律，計算2C(s，石墨)＋H₂(g)＝C₂H₂(g)反應的焓變△H ＝________。

 

Answer 1

【答案】

（1）2CH₃OH(l)+3O₂(g)=2CO₂(g)+2H₂O(l)  △H=＝－1452.8kJ·mol^-1

（2）a   右   CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺     （3）391      （4）△H=+226.7 kJ·mol^-1

【解析】（1）考查熱化學方程式的書寫。5g甲醇燃燒放出113.5kJ的熱量，所以1mol甲醇燃燒放出的熱量是726.4kJ，因此熱化學方程式是2CH₃OH(l)+3O₂(g)=2CO₂(g)+2H₂O(l)  △H=＝－1452.8kJ·mol^-1。

（2）原電池中負極失去電子，正極得到電子，所以根據裝置圖可知，甲醇在a極通入。原電池中陽離子向正極移動，所以氫離子向右移動，因此負極電極反應式是CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺ 。

（3）反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，因此根據方程式和鍵能可知，945kJ/mol＋3×436kJ/mol－2×3×a＝－93kJ/mol，解得a＝－391kJ/mol。

（4）根據蓋斯定律可知，①×2＋②÷2－③÷2即得到2C(s，石墨)＋H₂(g)＝C₂H₂(g)，所以反應的反應熱是△H＝2△H₁＋1/2△H₂－1/2△H₃＝+226.7 kJ·mol^-1。