Question

8．到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用最主要的能源．
（1）化学反应中放出的热能（焓变，△H）与反应物和生成物的键能（E）有关．已知：H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）△H=-a kJ•mol^-1；E（H-H）=b kJ•mol^-1，E（Cl-Cl）=c kJ•mol^-1，则：E（H-Cl）=$\frac{a+b+c}{2}$KJ/mol；
（2）氯原子对O₃的分解有催化作用：O₃（g）+Cl（g）=ClO（g）+O₂（g）△H₁，ClO（g）+O（g）=Cl（g）+O₂（g）△H₂，大气臭氧层的分解反应是O₃+O=2O₂△H．该反应的能量变化示意图如图1所示．则反应O₃（g）+O（g）=2O₂（g）的正反应的活化能为E₁-E₂kJ•mol^-1．

（3）实验中不能直接测出由石墨和氢气反应生成甲烷反应的反应热，但可测出CH₄、石墨和H₂燃烧反应的反应热，求由石墨生成甲烷的反应热．已知：
①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
②C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
则反应C（石墨）+2H₂（g）→CH₄（g）的反应热：
△H=（-2c-b+a）kJ•mol^-1kJ•mol^-1．
又已知：该反应为放热反应，△H-T△S可作为反应方向的判据，当△H-T△S＜0时可自发进行；则该反应在什么条件下可自发进行低温．（填“低温”、“高温”）
（4）有图2所示的装置，该装置中Cu极为阳极；当铜片的质量变化为12.8g时，a极上消耗的O₂在标准状况下的体积为2.24L．

Answer 1

分析 （1）根据反应热=反应物的键能-生成物的键能来分析；
（2）反应的活化能是使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量，依据图象能量关系可知，正反应的活化能=E₁-E₂；
（3）已知①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
②C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，②+2×③-①可得C（石墨，s）+2H₂（g）═CH₄（g）△H；
（4）分析装置图可知左边为原电池，是氢氧燃料电池，氧气一端为原电池正极，氢气一端电极为原电池负极，右边装置为电解池，与a相连的铜电极为阳极，与b电极连接的锌电极为电解池的阴极，依据原理分析写出电极反应，结合电子守恒计算．

解答 解：（1）由于反应热=反应物的键能-生成物的键能，设E（H-Cl）为Xmol，故有：E（H-H）+E（Cl-Cl）-2X=-akJ/mol，即bkJ/mol+ckJ/mol-2X=-aKJ/mol
解得X=$\frac{a+b+c}{2}$KJ/mol，故答案为：$\frac{a+b+c}{2}$KJ/mol；（1）（a+b+c）/2 kJ•mol^-1（2分），
（2）反应的活化能是使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量，依据图象能量关系可知，正反应的活化能=E₁-E₂；
故答案为：E₁-E₂；
（3）已知①CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-a kJ•mol^-1
②C（石墨）+O₂（g）═CO₂（g）△H=-b kJ•mol^-1
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-c kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，②+2×③-①可得C（石墨，s）+2H₂（g）═CH₄（g）△H=（-2c-b+a） kJ•mol^-1，
又该反应为放热反应，△H＜0，又△S＜0，所以该反应在低温下△H-T△S＜0可自发进行；
故答案为：（-2c-b+a） kJ•mol^-1；低温；
（4）装置图可知左边为原电池，是氢氧燃料电池，氧气一端为原电池正极，氢气一端电极为原电池负极，右边装置为电解池，与a相连的铜电极为阳极，与b电极连接的锌电极为电解池的阴极，当铜片的质量变化为12.8g时物质的量=$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol，依据电极反应和电子守恒计算得到，铜电极电极反应：Cu-2e^-=Cu²⁺；a电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，依据电子守恒得到O₂～2Cu，a极上消耗的O₂物质的量为0.1mol，标准状况下的体积=0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案为：阳；2.24．

点评 本题考查了化学反应的能量变化与反应的键能关系的分析判断，盖斯定律，反应活化能的判断计算，图象的综合应用，读懂图象，焓变和活化能计算方法的理解是解题的关键，题目难度不大．