13．科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知：H2（g）、CO（g）和CH3OH（1）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．請回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol H2O消耗的能量是2858kJ
（2））  甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.6kJ•mol-1．
（3）在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，負極的反應式為CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；正極的反應式為$\frac{3}{2}$O2+6H++6e-═3H2O，理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為701.8kJ，則該燃料電池的理論效率為96.6%（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比）．
（4）若用該甲醇燃料電池電解某CuSO4溶液，一段時間后，向電解液中加入0.1molCu2（OH）2CO3恰好可以恢復原溶液，電解過程消耗甲醇的質(zhì)量為3.2g．

分析 （1）根據(jù)氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學計量數(shù)與反應熱的關(guān)系來計算；
（2）根據(jù)熱化學方程式書寫方法和注意問題標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應焓變；
（3）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，氧氣在正極放電，酸性條件下生成水；根據(jù)甲醇的燃燒熱計算2mol甲醇完全燃燒放出的熱量，結(jié)合原電池產(chǎn)生的電能計算；
（4）堿式碳酸銅和稀硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，所以加入0.1mol堿式碳酸銅[Cu2（OH）2CO3]相當于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根據(jù)生成物知，陰極上銅離子和氫離子放電、陽極甲醇放電，根據(jù)銅和氫氣的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，并求消耗甲醇的質(zhì)量．

解答 解：（1）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol-1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H2O（l）為1mol H2（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H2O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858；
（2）H2（g）、CO（g）和CH3OH（1）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol，則
①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJ•mol-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），該反應的反應熱△H=-726.5kJ•mol-1-（-283.0kJ•mol-1）=-443.6kJ•mol-1，
故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.6kJ•mol-1；
（3）酸性條件下甲醇燃料電池的總反應式為：CH3OH+$\frac{3}{2}$O2═CO2+2H2O①，酸性條件下該燃料電池的正極反應式為$\frac{3}{2}$O2+6H++6e-═3H2O②，①-②得電池負極反應式為：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；該燃料電池的理論效率為$\frac{701.8kJ}{726.5kJ}$×100%=96.6%，
故答案為：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；$\frac{3}{2}$O2+6H++6e-═3H2O；96.6%；
（4）堿式碳酸銅和稀硫酸反應生成硫酸銅、水和二氧化碳，所以加入0.1mol堿式碳酸銅[Cu2（OH）2CO3]相當于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根據(jù)生成物知，陰極上銅離子和氫離子放電、陽極上甲醇放電，根據(jù)Cu原子、H原子守恒得陰極上析出n（Cu）=0.2mol、n（H2）=0.1mol，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.2mol×2+0.1mol×2=0.6mol，
陽極：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+
          32g        6mol
         3.2g       0.6mol
則：m（CH3OH）=3.2g，
故答案為：3.2．

點評 本題考查了熱化學方程式的書寫和蓋斯定律的應用、原電池電極方程式的書寫，電極材料計算等知識，本題題目難度中等．

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中化學 來源： 題型：選擇題

11．用下列實驗裝置進行相應實驗，能達到實驗目的是（　�。�
A．
用標準氫氧化鈉溶液滴定未知濃度的鹽酸
B．
加熱FeCl3溶液獲取FeCl3固體
C．
用酒精萃取碘水中的碘
D．
通過原電池原理證明金屬性Zn＞Cu

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科目：高中化學 來源： 題型：選擇題

12．我國科研人員研制出一種室溫“可呼吸”Na-CO2電池．放電時該電池“吸入”CO2，充電時“呼出”CO2．吸入CO2時，其工作原理如圖所示．吸收的全部CO2中，有$\frac{2}{3}$轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管（MWCNT）電極表面．下列說法不正確的是（　�。�
A．每“呼出”22.4LCO2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為$\frac{4}{3}$mol
B．“吸入”CO2時的正極反應：4Na++3CO2+4e-=2Na2CO3+C
C．“呼出”CO2時鈉箔電極反應式是Na++e-=Na
D．放電時電池總反應是4Na+3CO2=2Na2CO3+C

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科目：高中化學 來源： 題型：解答題

1．參考圖甲、圖乙和有關(guān)要求回答問題：
（1）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的一種原理是CH3OH（g）和H2O（g）反應生成CO2和H2．圖丙是該過程中能量變化示意圖，若在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，正反應活化能 a的變化是減小    （填“增大”、“減小”、“不變”），反應熱△H的變化是不變（填“增大”、“減小”、“不變”）．請寫出CH3OH（g）和H2O（g）反應的熱化學方程式CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）△H=+（a-b）kJ/mol．
（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的另一種反應原理是：
CH3OH（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?CO2（g）+2H2（g）△H=c kJ/mol； H2O（g）?H2O（l）△H=d kJ/mol．
則甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式為2CH3OH（g）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol．
（3）以CH3OH燃料電池為電源電解法制取ClO2．二氧化氯（ClO2）為一種黃綠色氣體，是國際上公認的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
①CH3OH燃料電池放電過程中，通入O2的電極附近溶液的pH增大，負極反應式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
②圖中電解池用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取 ClO2．陽極產(chǎn)生 ClO2的反應式為Cl--5e-+2H2O=4H++ClO2↑．
③電解一段時間，從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多 6.72L時（標準狀況，忽略生成的氣體溶解），停止電解，通過陽離子交換膜的陽離子為1mol．

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科目：高中化學 來源： 題型：填空題

8．按要求書寫熱化學方程式：
（1）由氫氣和氧氣反應生成1mol水蒸氣，放熱241.8kJ．寫出該反應的熱化學方程式H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ/mol．若9g水蒸氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)水放熱22kJ，則反應H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（l）的△H=-285.5 kJ•mol-1．
（2）已知稀溶液中，1mol H2SO4與NaOH溶液恰好完全反應時，放出114.6kJ熱量，寫出表示H2SO4與NaOH反應的中和熱的熱化學方程式NaOH（aq）+$\frac{1}{2}$H2SO4（aq）=$\frac{1}{2}$Na2SO4（aq）+H2O（l）△H=-57.3kJ/mol．
（3）25oC、101kPa條件下充分燃燒一定量的丁烷（C4H10）氣體放出熱量為Q kJ，經(jīng)測定，將生成的CO2通入足量澄清石灰水中產(chǎn)生25g白色沉淀，寫出表示丁烷燃燒熱的熱化學方程式C4H10（g）+$\frac{13}{2}$O2（g）=4CO2（g）+5H2O（l）△H=-16QkJ/mol．
（4）已知下列熱化學方程式：
①CH3COOH（l）+2O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H1=-870.3kJ•mol-1
②C（s）+O2（g）═CO2（g）△H2=-393.5kJ•mol-1
③H2（g）+1/2O2（g）═H2O（l）△H3=-285.8kJ•mol-1
寫出由C（s）、H2（g）和O2（g）經(jīng)合生成CH3COOH（l）的熱化學方程式2C（s）+2H2（g）+O2（g）=CH3COOH（l）△H=-488.3kJ/mol．
（5）已知拆開1mol H-H鍵、1mol N-H鍵，1mol N≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N2（g）與H2（g）反應生成1mol NH3（g）的熱化學方程式是N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92kJ•mol-1．

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科目：高中化學 來源： 題型：解答題

18．能源是經(jīng)濟增長與社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，美國馬奇蒂博士對世界一次能源替代趨勢曾作如下預測：
回答下列問題：

（1）圖1中化石能源中屬于較清潔的能源是天然氣．
（2）核電廠的燃料一般由0.71%鈾-235、99.28%鈾-238 及 0.0058%鈾-234 組成．
①235U、238U、234U 三種核素之間的關(guān)系是同位素．
②470g核素${\;}_{92}^{235}$U發(fā)生裂變反應：${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂變}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，凈產(chǎn)生的中子（ n）為18NA．
（3）圖2是氫能的制備及利用的途徑之一，涉及能量轉(zhuǎn)化方式有ac．
a．光能→化學能  b．電能→化學能  c．化學能→電能
（4）目前玉米秸稈常用于制生物質(zhì)乙醇，已知乙醇的燃燒熱為1366.8kJ•mol-1．
①乙醇完全燃燒的熱化學方程式為C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1366.8KJ/mol．
②圖3是乙醇燃料電池，a極發(fā)生的電極反應為C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+；
③乙醇氧化或水蒸氣重整可以制取氫氣：
氧化重整：C2H5OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g）=2CO2（g）+3H2 （g）△H=-554.0kJ•mol-1
水蒸氣重整：CH3OH（l）+3H2O（l）=2CO2（g）+6H2（g）△H=+174.2kJ•mol-1
實際生產(chǎn)中采用氧化水蒸氣聯(lián)合重整，為維持熱平衡，理論上參加水蒸氣重整的乙醇與氧化重整的乙醇的物質(zhì)的量之比為3.18（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．

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科目：高中化學 來源： 題型：解答題

5．碘在科研與生活中有重要作用，某興趣小組用0.50mol•L-1KI、0.2%淀粉溶液、0，.20mol•L-1K2S2O8、0.10mol•L-1Na2S2O3等試劑，探究反應條件對化學反應速率的影響．
已知：
S2O82-+2I-═2SO42-+I2（慢）     
I2+2S2O32-═2I-+S4O62- （快）
（1）向KI、Na2S2O3與淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，當溶液中的Na2S2O3耗盡后，溶液顏色將由無色變?yōu)樗{色，為確保能觀察到藍色，S2O32-與S2O82-初始的物質(zhì)的量需滿足的關(guān)系為：n（S2O82-）：n（S2O32-）$＞\frac{1}{2}$．
（2）為探究反應物濃度對化學反應速率的影響，設(shè)計的實驗方案如表：
實驗
序號		體積V/ml
K2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液
①10.00.04.04.02.0
②9.01.04.04.02.0
③8.0Vx4.04.02.0
表中Vx=2.0 ml，理由是保證反應物K2S2O8濃度改變，而其他的條件不變，才能達到實驗目的．
（3）已知：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4═K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑，在高錳酸鉀酸性溶液和草酸溶液反應時，發(fā)現(xiàn)開始一段時間，反應速率較慢，溶液褪色不明顯；但不久突然褪色，反應速率明顯加快．
①針對上述實驗現(xiàn)象，某同學認為KMnO4與H2C2O4反應是放熱反應，導致溶液溫度升高，反應速率加快．從影響化學反應速率的因素看，你的猜想還可能是生成的錳離子有催化作用的影響．
②若用實驗證明你的猜想，除酸性高錳酸鉀溶液、草酸溶液試劑外，還需要選擇的試劑最合理的是C．
A．硫酸鉀         B．氯化錳         C．硫酸錳          D．水．

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科目：高中化學 來源： 題型：選擇題

2．化學與科學、技術(shù)、社會、環(huán)境密切關(guān)．下列敘述不正確的是（　　）
A．大氣中PM2.5比表面積大，吸附力強，能吸附許多有毒、有害物質(zhì)
B．Na2S具有還原性，作廢水中Cu2+、Hg2+沉淀劑
C．石墨烯一種由單層碳原子構(gòu)成的新納米材料，具有導電性
D．剛玉、紅寶石主要或分是氧化鋁，陶瓷、分子篩主要成分是硅酸鹽

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科目：高中化學 來源： 題型：選擇題

3．某溫度下反應N2O4（g）?2NO2（g）（正反應為吸熱反應），在密閉容器中達到平衡，下列說法正確的是（　　）
①加壓時（體積變�。�，將使正反應速率增大
②保持體積不變，加入少許NO2，將使正反應減��；
③保持體積不變，加入少許N2O4，再達到平衡時顏色變深；
④保持體積不變，升高溫度，再達平衡時顏色變深 
⑤升高溫度，正反應速率減小，平衡逆向移動．
A．①④⑤B．③④⑤C．①③④D．①②③④⑤

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