Question

16．随着世界工业经济的发展、人口的剧增，全球能源紧张及世界气候面临越来越严重的问题，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂引起了全世界的普遍重视．
（1）如图为C及其氧化物的变化关系图，若①是通过O₂与C反应实现的，测知生成14gCO时放出60kj的热量，则其热化学方程式为2C（s）+O₂（s）=2CO（s）△H=-240kJ/mol．
（2）把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径I：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁＜0 ①
途径II：先制成水煤气：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂＞0 ②
再燃烧水煤气：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₃＜0  ③
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₄＜0  ④
则途径I放出的热量等于（填“大于”“等于”或“小于”）途径II放出的热量；
△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的数学关系式是△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）．
（3）甲醇（CH₃OH）是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上可用如下方法合成甲醇：
方法一  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
方法二  CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
在25℃、101kPa下，1 克液态甲醇完全燃料放热25kJ，写出甲醇燃烧生成1molCO₂的热化学方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-800kJ•mol^-1．若将该反应设计成原电池反应，用稀H₂SO₄作电解质，则其电极方程式分别为  正极：3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂0负极：2CH₃OH-12e^-+2H₂0=2CO₂+12H⁺
（4）金属钛冶炼过程中其中一步反应是将原料金红石转化：
TiO₂（金红石）+2C+2Cl₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$TiCl₄+2CO
已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-400kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-560kJ•mol^-1
TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl（s）+O₂（g）△H=+140kJ•mol^-1
则TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）的△H=-100KJ/mol．
（5）臭氧可用于净化空气、饮用水消毒，处理工业废物和作为漂白剂．臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应．如：6Ag（s）+O₃（g）=3Ag₂O（s）△H=-260kJ•mol^-1
已知：2Ag₂O（s）=4Ag（s）+O₂（g）△H=+70kJ•mol^-1
则O₃转化为O₂的热化学方程式为2O₃（g）═3O₂（g）△H=-310kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）O₂与C完全反应生成14g即0.5molCO放热60kJ热量，生成2molCO放热240KJ，反应为放热反应，反应的焓变为-240KJ/mol，依据热化学方程式书写得到；
（2）根据盖斯定律可知，反应热只与始态和终态有关，而与反应的途径无关；由盖斯定律，将途径Ⅱ的三个化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减，构造出途径I的热化学方程式，据此判断△H₁、△H₂、△H₃、△H₄的数学关系式；
（3）题干所给量计算32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热，结合热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和对应焓变；正极通氧气该电极上氧气得电子和氢离子反应生成水；负极通燃料失电子发生还原反应；
（4）根据盖斯定律，将所给的已知反应通过加减乘除等变形，来得到目标反应，并将反应热也做相应的变形即可；
（5）①6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-260kJ•mol^-1，
②2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+70kJ•mol^-1，
根据盖斯定律可知①×2+②×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），以此计算反应热．

解答 解：（1）O₂与C完全反应生成14g即0.5molCO放热60kJ热量，生成2molCO放热240KJ，反应为放热反应，反应的焓变为-240KJ/mol，反应的热化学方程式为：2C（s）+O₂（ s ）=2CO（s）△H=-240kJ/mol，
故答案为：2C（s）+O₂（ s ）=2CO（s）△H=-240kJ/mol；
（2）根据盖斯定律可知，反应热只与始态和终态有关，而与反应的途径无关，通过观察可知途径Ⅰ和途径Ⅱ是等效的，途径Ⅰ和途径Ⅱ等量的煤燃烧消耗的氧气相等，两途径最终生成物只有二氧化碳，所以途径Ⅰ放出的热量等于途径Ⅱ放出的热量；
途径Ⅱ：C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）△H₂＞0  ②
再燃烧水煤气：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₃＜0            ③
2H₂（g）+O₂ （g）═2H₂O（g）△H₄＜0                          ④
由盖斯定律可知，②×2+③+④得2C（s）+2O₂ （g）═2CO₂（g）△H=2△H₂+△H₃+△H₄．
所以△H₁=$\frac{1}{2}$△H=$\frac{1}{2}$（2△H₂+△H₃+△H₄）=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）．
故答案为：等于；△H₁=△H₂+$\frac{1}{2}$（△H₃+△H₄）；
（3）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃烧生成CO₂和液态水时放热25kJ．32g甲醇燃烧生成1molCO₂和液态水放出热量为800KJ；则表示甲醇燃烧的热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-800kJ•mol^-1，正极通氧气该电极上氧气得电子和氢离子反应生成水，故电极反应方程式为3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂0；负极通燃料失电子发生还原反应，故电极反应方程式为2CH₃OH-12e^-+2H₂0=2CO₂+12H⁺；
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-800kJ•mol^-1；3O₂+12e^-+12H⁺=6H₂0；2CH₃OH-12e^-+2H₂0=2CO₂+12H⁺；
（4）已知：①C（S）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-400KJ/mol
         ②2CO（g）+O2=2CO2（g）△H=-560KJ/mol
         ③TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（s）+O₂（g）△H=+140KJ/mol
金红石与氯气、石墨制取TiCl₄（s）和CO的化学反应方程式可以通过③+①×2-②得到，
所以TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=140kJ/mol-400kJ/mol×2+560kJ/mol=-100KJ/mol，
即TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=-100KJ/mol，
故答案为：TiO₂（s）+2Cl₂（g）+2C（s）=TiCl₄（s）+2CO（g）△H=-100KJ/mol，
故答案为：-100KJ/mol；
（5）①6Ag（s）+O₃（g）═3Ag₂O（s），△H=-260kJ•mol^-1，
②2Ag₂O（s）═4Ag（s）+O₂（g），△H=+70kJ•mol^-1，
根据盖斯定律可知①×2+②×3可得到，2O₃（g）═3O₂（g），则反应热△H=（-260kJ•mol^-1）×2+（+70kJ•mol^-1）×3=-310kJ/mol，
故答案为：2O₃（g）═3O₂（g）△H=-310kJ/mol．

点评 本题考查较综合，涉及热化学反应方程式、盖斯定律的应用，侧重反应原理的考查，注重知识的迁移应用，题目难度中等．