题目内容

13．为了减少CO对大气的污染，某研究性学习小组拟研究CO和H2O反应转化为绿色能源H2．已知：2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）；△H=-566kJ•moL-1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）；△H=-483.6KJ•moL-1
H2O （g）=H2O（l）；△H=-44.0KJ•moL-1
（1）写出CO和H2O（g）作用生成CO2和H2的热化学方程式CO（g）+H2O（g）=CO2 （g）+H2（g）△H=--41.8KJ/mol．
（2）H2是一种理想的绿色能源，可作燃料电池；若该氢氧燃料电池以KOH为电解质溶液，其负极的电极反应式是：2H2+4OH--4e-=4H2O；该电池工作时，电解质溶液的pH变化变大（填“变大”、“变小”或“不变”）．某氢氧燃料电池释放228.64kJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为80%．
（3）在25℃时，以氢氧燃料电池为电源，用石墨电极电解400mL一定浓度的CuSO4溶液．5min后停止通电，在一个石墨电极上有1.28g Cu生成，另一极生成无色气体．试回答下列问题：
①电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ 2Cu+O2↑+2H2SO4．
②电解后溶液的PH=1（不考虑溶液体积变化）．
③若要使电解质溶液复原，应加入的物质为CuO 或CuCO3．

分析 （1）利用盖斯定律，根据已知热化学方程式乘以合适的系数进行相应加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减；利用2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566KJ/mol、2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H=-483.6KJ/mol结合盖斯定律来写出CO和 H2O（g）作用生成CO2和H2的热化学方程式；
（2）原电池负极发生氧化反应，氢气在负极放电，正极上是氧气得电子的还原反应，根据电极反应计算；
（3）据电解池的电解原理来书写电解反应方程式；根据阴极反应计算当有1.28g Cu生成时，反应所转移的电子数，计算溶液的pH，电解质溶液浓度恢复遵循：“出什么加什么”的原则．

解答 解：（1）已知：①2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566kJ•moL-1
②2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-483.6KJ•moL-1
根据盖斯定律，①-②得2CO（g）+2H2O（g）=2H2（g）+2CO2（g）△H=-566kJ•moL-1-（-483.6KJ•moL-1）=-82.4KJ•moL-1．
即CO（g）+H2O（g）=H2（g）+CO2（g）△H=-41.2KJ•moL-1．
故答案为：CO（g）+H2O（g）=H2（g）+CO2（g）△H=-41.2KJ•moL-1；
（2）在氢氧燃料电池的正极上发生得电子的反应，即O2+2H2O+4e-═4OH-，负极电极反应为：2H2+4OH--4e-=4H2O，实质是电解水，溶液浓度增大，溶液PH增大，H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l）△H=-285.8KJ•moL-1，氢氧燃料电池释放228.64kJ电能时，生成1mol液态水，该电池的能量转化率为 $\frac{228.64}{285.8}$×100%=80%，
故答案为：2H2+4OH--4e-=4H2O；变大；80%；
（3）①电解硫酸铜时，阳极上是氢氧根放电，阴极上是铜离子放电，电解原理方程式为：2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4；
故答案为：2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4；
②根据电极反应：2CuSO4+2H2O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2Cu+O2↑+2H2SO4，电解硫酸铜时，阴极上是铜离子先放电，两极生成体积相同的气体，即阴极上：Cu2++2e-→Cu，2H++2e-→H2↑，当该电极上有1.28g Cu生成时，转移电子为$\frac{1.28g}{64g/mol}$×2=0.04mol，当转移0.04mol电子时，生成硫酸的物质的量是0.04mol，氢离子浓度是$\frac{0.04mol}{0.04L}$=0.1mol/L，所以pH=1，
故答案为：1；
③电解的实质是生成金属铜额、氢气和氧气，所以需要加入氢氧化铜，根据Cu元素守恒，析出0.02mol金属铜，所以要加入0.02molCuO 或CuCO3，
故答案为：CuO 或CuCO3．

点评 本题综合考查学生热化学：盖斯定律的应用、电化学：燃料电池和电解池的工作原等知识，属于综合知识的考查题，难度中等．

练习册系列答案
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5．X、Y、Z三种短周期元素，它们的原子序数之和为16．X、Y、Z三种元素常见单质在常温下都是无色气体，在适当条件下可发生如图所示变化：
已知一个B分子中含有的Z元素的原子个数比C分子中的少一个．请回答下列问题：
（1）Y单质分子的电子式为．
（2）X的单质与Z的单质可制成新型的化学电源（KOH溶液作电解质溶液），两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电，则正极通入氧气（填物质名称或化学式均可）；负极电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O．
（3）已知Y的单质与Z的单质生成C的反应是可逆反应，将等物质的量的Y、Z的单质充入一密闭容器中，在适当催化剂和恒温、恒压条件下反应．下列说法中，正确的是ab（填写下列各项的序号）．
a．达到化学平衡时，正反应速率与逆反应速率相等
b．反应过程中，Y的单质的体积分数始终为50%
c．达到化学平衡时，Y、Z的两种单质在混合气体中的物质的量之比为1：1
d．达到化学平衡的过程中，混合气体平均相对分子质量逐渐减小．
6．写出下列物质在水溶液中的电离方程式：
①Ba（OH）2Ba（OH）2=Ba2++2OH-
②KHSO4 KHSO4=K++H++SO42-
③NaHCO3 NaHCO3=Na++HCO3-
④HNO3 HNO3=H++NO3-
⑤Na2CO3．Na2CO3=2Na++CO32-．
1．（1）25℃、101kPa下，1mol 氢气完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量，则氢气燃烧的热化学方程式为2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）△H=-571.6kJ/mol．
（2）25℃，101kPa时，0.5mol CO在足量的O2中充分燃烧，放出141.3kJ的热量，则CO的燃烧热为282.6KJ/mol，其表示燃烧热的热化学方程式是CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=CO2（g）△H=-282.6KJ/mol．
（3）反应3Fe（s）+4H2O（g）═Fe3O4（s）+4H2（g），在一可变的容积的密闭容器中进行，试回答：
①增加Fe的量，其正反应速率的变化是不变（填增大、不变、减小，以下相同）
②将容器的体积缩小一半，其正反应速率增大，逆反应速率增大．
③保持体积不变，充入N2使体系压强增大，其正反应速率不变，逆反应速率不变．
④保持压强不变，充入N2使容器的体积增大，其正反应速率减小，逆反应速率减小．
8．恒温恒容下，向2L密闭容器中加入MgSO4（s）和CO（g），发生反应：
MgSO4（s）+CO（g）?MgO（s）+CO2（g）+SO2（g）反应过程中测定的部分数据见表：
反应时间/minn（MgSO4）/moln（CO）/moln（CO2）/mol
02.002.000
20.80
41.20
下列说法正确的是（　　）
A．反应在0～2min内的平均速率为v（SO2）=0.6 mol•L-1•min-1
B．反应在2～4min内容器内气体的密度没有变化
C．若升高温度，反应的平衡常数变为1.00，则正反应为放热反应
D．保持其他条件不变，起始时向容器中充入1.00mol MgSO4和1.00molCO，到达平衡时n（CO2）＞0.60mol
18．下列有关能量的描述及热化学反应方程式表示不正确的是（　　）
A．表示氢气燃烧热的热化学方程式为：H2（g）+1/2 O2（g）=H2O（l）；△H=-258.8 kJ•mol-1
B．化学上把在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol水时的反应热称为中和热．中和热可以用量热计直接测量
C．已知C（石墨）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5 kJ•mol-1；
CO（g）+$\frac{1}{2}$ O2（g）=CO2（g）△H=-283.0 kJ•mol-1
则C（石墨）+$\frac{1}{2}$O2 （g）=CO（g）△H=-110.5 kJ•mol-1
D．关于“盖斯定律：‘一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的’．”可以理解为“一个反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关”
5．能源短缺是人类社会面临的重大问题，利用化学反应可实现多种形式的能量相互转化．请回答以下问题：
（1）甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．已知在常压下有如下变化：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H=akJ/mol
②H2O（g）═H2O（l）△H=bkJ/mol
写出液态甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=（a+4b） kJ/mol．
（2）可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池．如图1，用Pt作电极材料，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，在两个电极上分别充入甲醇和氧气．
①写出燃料电池正极的电极反应式O2+2H2O+4e-=4OH-．②若利用该燃料电池提供电源，与图1右边烧杯相连，在铁件表面镀铜，则铁件应是B极（填“A”或“B”）；当铁件的质量增重6.4g时，燃料电池中消耗氧气的标准状况下体积为1.12L．

（3）如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图2装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾（电解槽内的阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）．
①该电解槽的阳极反应式为4OH--4e-=2H2O+O2↑，单位时间内通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数的比值为1：2．
②从出口D导出的溶液是KOH（填化学式）．
2．（1）在1.01×l05 Pa时，4g氢气完全燃烧生成液态水，放出572kJ的热量，写出表示氢气燃烧热的热化学方程式为H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）=H2O（l）△H=-286KJ/mol．
（2）已知中和热△H=-57.3kj/mol，写出稀硫酸与氢氧化钠的稀溶液发生中和反应的热化学方程式：$\frac{1}{2}$H2SO4（aq）+NaOH（aq）=$\frac{1}{2}$Na2SO4（aq）+H2O（l）△H=-57.3kJ/mol．
（3）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＜0①
途径II：先制成水煤气：C（s）+H2O（ g）═CO（g）+H2 （g）△H2＞0②
再燃烧水煤气：CO（g）+$\frac{1}{2}$O2 （g）=CO2 （g）△H3＜0  ③
H2（g）+$\frac{1}{2}$02（g）=H20（g）△H4＜0  ④
请回答下列问题：
①途径I放出的热量等于（填“大于”“等于”或“小于”）途径II放出的热量．
②△H1大于填“大于”“等于”或“小于”）△H3+△H4．
③将煤转化为水煤气作为燃料和煤直接燃烧相比有很多优点，请列举其中的两个优点．
3．2003年11月《环球时报》美国特约记用者文章：一种名为苹果醋（ACV）的浓缩饮料多年来风靡美国．ACV是一种由苹果发酵而成的酸性饮品，是具有明显药效的健康食品，有解毒、降脂、减肥和止泻功能．苹果酸是这种饮料的主要酸性物质．分离提纯后的化学分析如下：
（1）元素分析证明该酸只含C、H、O三种元素，其中C、H、O的质量比为：24：3：40；该酸蒸气的密度是同温同压下氢气密度的67倍．
（2）0．l mol该酸与足量NaHCO3反应放出4.48L CO2，与足量金属Na反应放出3.36L H2（气体体积均已折算为标准状况下的体积）．
（3）*该酸分子结构中没有支链．
请回答下列问题：
（1）该酸的分子式为C4H6O5，结构简式为．
（2）写出该酸在一定条件下分子内脱水生成不饱和脂肪酸的反应化学方程式$→_{△}^{浓硫酸}$HOOCCH=CHCOOH+H2O．
（3）写出该酸在一定条件下，每两个分子发生分子间脱水生成环酯的所有结构简式：、、．

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