问题 问答题

能源是人类生存和发展的重要支柱.研究和有效地开发新能源在能源紧缺的今天具有重要的理论意义.已知H2与CO反应生成CH3OH的过程如图所示:CO的燃烧热△H2=-bkJ•mol-1,CH3OH的燃烧热△H3=-ckJ•mol-1.请根据以上信息,回答下列有关问题:

(1)CH3OH燃烧的热化学反应方程式为______.

(2)H2的燃烧热为______.

(3)一些化学键键能如下:C≡O为d kJ/mol;O=O为ekJ/mol;C=O为fkJ/mol.则由以上数据有b=______(用d、e、f的代数式表示).

(4)H2和CO的混合气体nmol,充分燃烧共放出QkJ热量,则混合气体中H2和CO的物质的量之比为______.

(5)CO与O2可以组成新型燃料电池,若该电池以Pt为电极,以KOH为电解质溶液,写出该燃料电池的负极反应式______.

答案

(1)CH3OH的燃烧热△H3=-ckJ•mol-1;燃烧热是可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量,

热化学方程式为:2CH3OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(l)△H=-2ckJ•mol-1

故答案为:2CH3OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(l)△H=-2ckJ•mol-1

(2)依据甲醇和一氧化碳的燃烧热计算氢气的燃烧热:

①2CH3OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(l)△H=-2ckJ•mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-2bkJ•mol-1

③2H2(g)+CO(g)=CH3OH(l)△H=-aKJ/mol;

依据盖斯定律,③×2-②+①得到:4H2(g)+2O2(g)=4H2O(l)△H=-(2a-2b+2c)KJ/mol;

依据氢气的燃烧热是1mol氢气完全燃烧生成液态水放出的热量,氢气的燃烧热=

a+c-b
2
KJ/mol;

故答案为:

a+c-b
2
KJ/mol

(3)一些化学键键能如下:C≡O为d kJ/mol;O=O为ekJ/mol;C=O为fkJ/mol.

反应为:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-2bkJ•mol-1

反应的焓变=反应物的键能之和-生成物的键能之和=2d+e-2×f×2=△H=-2b

b=2f-d-

e
2

故答案为:2f-d-

e
2

(4)H2和CO的混合气体nmol,设氢气为物质的量为X,一氧化碳物质的量为n-X;充分燃烧共放出QkJ热量

2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-2bkJ•mol-1

2                          2b

n-X                        b(n-X)

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-(a-b+c)KJ/mol 

2                        a+c-b

X                          

X
2
(a+c-b)         

得到:b(n-X)+

x
2
(a+c-b)=Q;

计算得到:X=

2bn-2Q
3b-a-c

 混合气体中H2和CO的物质的量之比=

2bn-2Q
3b-a-c
bn-an-cn+2Q 
3b-a-c
=(2bn-2Q):(bn-an-cn+2Q)

故答案为:(2bn-2Q):(bn-an-cn+2Q);

(5)CO与O2可以组成新型燃料电池,若该电池以Pt为电极,以KOH为电解质溶液,发生的电池反应的离子方程式为:2CO+O2+4OH-=2CO32-+2H2O;

原电池的正极电极反应为:O2+2H2O+4e-=4OH-;用总反应离子方程式减去正极电极反应,化简得到负极电极反应:

CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O;

故答案为:CO-2e-+4OH-=CO32-+2H2O.

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