题目内容
【题目】温室效应是由于大气里温室气体(二氧化碳、甲烷等)含量增大而形成的。回答下列问题:
(1)利用CO2可以制取甲醇,有关化学反应如下:
①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g ) ΔH1=-178 kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH2=-566 kJ/mol
③2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH3=-483.6 kJ/mol
已知反应①中相关的化学键键能数据如下:
化学键 | C—C | C—H | H—H | C—O | H—O |
键能/ kJ/mol | 348 | 413 | 436 | 358 | 463 |
由此计算断开1 mol CO需要吸收____________kJ的能量(甲醇的球棍模型如图所示);
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=________ kJ/mol。
(2)甲烷燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如下图所示:通入a气体的电极是原电池的______极(填“正”或“负”),其电极反应式为___________________。
(3)下图是用甲烷燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)实现铁上镀铜,则b处通入的是______(填“CH4”或“O2”),电解前,U形管的铜电极、铁电极的质量相等,电解2min后,取出铜电极、铁电极,洗净、烘干、称量,质量差为12.8g,在通电过程中,电路中通过的电子为_____mol,消耗标准状况下CH4________mL。
【答案】 750 -219.2 kJ·mol-1 负 CH4 + 2H2O - 8e- CO2 + 8H+ O2 0.2 560
【解析】(1)二氧化碳的结构式为O=C=O,根据反应焓变=反应物键能之和-生成物键能之和计算,断开1molC═O需要吸收的能量;根据盖斯定律求算CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)的反应热;
(2)根据图知,交换膜是质子交换膜,则电解质溶液呈酸性,根据氢离子移动方向知,通入a的电极为负极、通入b的电极为正极,负极上甲醇失去电子发生氧化反应;
(4)电镀时,镀件作电解池的阴极,发生还原反应,连接电源的负极;镀层金属铜作电解池的阳极,连接电源的正极;根据电子转移守恒计算甲烷的体积。
(1)二氧化碳为直线型结构,分子中存在两个碳氧双键,二氧化碳的电子式为;结构式为O=C=O,设C═O的键能为x,①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-178kJmol-1,反应焓变△H=反应物键能之和-生成物键能之和=2x+3×436-(3×413+358+463)-(2×463)=-178kJ,解得x=750kJ,即断开1molC═O需要吸收的能量为750kJ;①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)△H1=-178kJmol-1,②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2=-566kJmol-1,③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H3=-483.6kJmol-1,将①+(②-③)×得:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)根据盖斯定律可得△H=(-178kJmol-1)+[(-566kJmol-1)-(-483.6kJmol-1)]×=-219.2kJmol-1,故答案为:750;-219.2kJmol-1;
(2)根据图知,交换膜是质子交换膜,则电解质溶液呈酸性,根据氢离子移动方向知,通入a气体的电极为负极、通入b气体的电极为正极,负极上甲烷失去电子发生氧化反应,负极反应式为 CH4 + 2H2O - 8e- =CO2 + 8H+,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,故答案为:负;CH4 + 2H2O - 8e- =CO2 + 8H+;
(3)甲烷碱性燃料电池为电源,总电极反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,电镀时,镀件铁作电解池的阴极,连接甲烷燃料电源的负极,所以a应通入CH4;镀层金属作电解池的阳极,发生氧化反应,连接甲烷燃料电源的正极,所以b应通入O2;所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH4放电,发生氧化反应,电极反应式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,铜、铁电极质量差为12.8g,说明析出了6.4g铜,物质的量为=0.1mol,电路中通过的电子为0.2mol,根据电子转移守恒8n(CH4)=2n(Cu)=0.2mol,所以n(CH4)=mol,所以v(CH4)=mol×22.4L/mol=0.56L=560 mL,故答案为:O2;0.2;560。
【题目】短周期元素X、Y、Z在元素周期表中的位置如图所示,回答下列问题。
X | ||
Y | ||
Z |
(1)元素X的单质分子是____(写化学式)。
(2)Y位于元素周期表中的第____周期,第_____族。
(3)比Z原子序数大的同主族且相邻周期的元素的原子序数是______。