Question

【題目】乙醇是生活中常見的物質(zhì)，用途廣泛，其合成方法和性質(zhì)也具有研究?jī)r(jià)值。

Ⅰ．乙醇可以作為燃料燃燒。

已知化學(xué)鍵的鍵能是指氣態(tài)原子間形成1mol化學(xué)鍵時(shí)釋放出的能量。應(yīng)用表中數(shù)據(jù)(25℃、101 kPa)，寫出氣態(tài)乙醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣的熱化學(xué)方程式_____________。

鍵	C—C	C—H	O=O	H—O	C—O	C=O
鍵能/(kJmol-1)	348	413	498	463	351	799

Ⅱ．直接乙醇燃料電池(DEFC)具有很多優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的研究興趣�，F(xiàn)有以下三種乙醇燃料電池。

堿性乙醇燃料電池酸性乙醇燃料電池熔融鹽乙醇燃料電池

(1)三種乙醇燃料電池中正極反應(yīng)物均為_________。

(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_________，使用空氣代替氧氣，電池工作過程中堿性會(huì)不斷下降，其原因是_________。

(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_________，通過質(zhì)子交換膜的離子是_________。

(4)熔融鹽乙醇燃料電池中若選擇熔融碳酸鉀為介質(zhì)，電池工作時(shí)，CO32－向電極_________(填“a”或“b”)移動(dòng)，電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)式為_________。

Ⅲ．已知?dú)庀嘀苯铀�合法可以制取乙醇�?/span>H2O(g) + C2H4(g) CH3CH2OH(g)。當(dāng)n(H2O)︰n(C2H4)=1︰1時(shí)，乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖：

(1)圖中壓強(qiáng)P1、P2、P3、P4的大小順序?yàn)椋?/span>_________，理由是：_________。

(2)氣相直接水合法采用的工藝條件為：磷酸/硅藻土為催化劑，反應(yīng)溫度290 ℃，壓強(qiáng)6.9MPa，n(H2O)︰n(C2H4)=0.6︰1。該條件下乙烯的轉(zhuǎn)化率為5℅。若要進(jìn)一步提高乙烯的轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以采取的措施有_________、_________。

Ⅳ．探究乙醇與溴水是否反應(yīng)。

(1)探究乙醇與溴水在一定條件下是否可以發(fā)生反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)如下：

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
1	向4mL無水乙醇中加入1mL溴水，充分振蕩，靜置4小時(shí)	溶液橙黃色褪去，溶液接近無色
2	向4mL無水乙醇中加入1mL溴水，加熱至沸騰	開始現(xiàn)象不明顯，沸騰后溶液迅速褪色
	向淀粉KI溶液中滴加冷卻后的上述混合液	溶液顏色不變
3	向4mL水中加入1mL溴水，加熱至沸騰	橙黃色略變淺
	向淀粉KI溶液中滴加冷卻后的溴水混合液	溶液變藍(lán)

①實(shí)驗(yàn)2中向淀粉-KI溶液中滴加冷卻后的混合液的目的是_________。

②實(shí)驗(yàn)3的作用是_________。

③根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出的結(jié)論是_________。

(2)探究反應(yīng)類型

現(xiàn)有含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，請(qǐng)從定量的角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(其他無機(jī)試劑任選)，探究該反應(yīng)是取代反應(yīng)還是氧化反應(yīng)_________(已知若發(fā)生氧化反應(yīng)，則Br2全部轉(zhuǎn)化為HBr)。

Answer 1

【答案】(21分)

Ⅰ．C2H5OH(g) +3O2(g)=2CO2 (g)+ 3H2O(g) △H= －1253kJ/mol；

Ⅱ．(1)氧氣；(2)C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O；空氣中的CO2會(huì)與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時(shí)反應(yīng)中也會(huì)消耗KOH；

(3)3O2+12H++12e－=6H2O；H+；

(4)a；O2+2CO2+4e－=2CO32－；

Ⅲ．(1)P4>P3>P2>P1；反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強(qiáng)越大；(2)增加H2O(g)的量、移出生成物；

Ⅳ．(1)①檢驗(yàn)反應(yīng)后溶液中是否還含有溴單質(zhì)；

②對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應(yīng)；

③加熱條件下或長(zhǎng)期放置，乙醇能夠與溴水反應(yīng)；

(2)取含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應(yīng)后利用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)液滴定測(cè)定溶液中Br—物質(zhì)的量。若n(Br—)=a mol則發(fā)生取代反應(yīng)；若n(Br—)=2a mol則發(fā)生氧化反應(yīng)；若a mol< n(Br—)< 2a mol則既發(fā)生了取代反應(yīng)也發(fā)生了氧化反應(yīng)；

【解析】

試題分析：Ⅰ．氣態(tài)乙醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣的化學(xué)方程式為：C2H5OH(g) +3O2(g)=2CO2 (g)+ 3H2O(g)，△H＝反應(yīng)物的鍵能之和－生成物的鍵能之和＝［5×413＋348＋351＋463＋3×498］kJ/mol－［4×799＋6×463］

Ⅱ．(1)燃料電池中通入燃料的為負(fù)極，通入氧氣或空氣的為正極，三種乙醇燃料電池中正極反應(yīng)物均為氧氣，故答案為：氧氣；

(2)堿性乙醇燃料電池中，電極a為負(fù)極，電極反應(yīng)式為C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O，使用空氣代替氧氣，空氣中的CO2會(huì)與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時(shí)反應(yīng)中也會(huì)消耗KOH，故答案為：C2H5OH+16OH－－12e－=2CO32－+11H2O；空氣中的CO2會(huì)與KOH溶液反應(yīng)，降低溶液的堿性，同時(shí)反應(yīng)中也會(huì)消耗KOH；

(3)酸性乙醇燃料電池中，電極b為正極，電極反應(yīng)式為3O2+12H+ +12e－= 6H2O；通過質(zhì)子交換膜能夠使質(zhì)子通過，故答案為：3O2+12H+ +12e－= 6H2O；H+；

(4)根據(jù)圖示，a為負(fù)極，原電池中陰離子由正極向負(fù)極移動(dòng)，CO32－向電極a移動(dòng)，電極b為正極，電極反應(yīng)式為O2+ 2CO2 +4e－= 2CO32－，故答案為：a；O2+ 2CO2 +4e－= 2CO32－；

Ⅲ．(1)在相同溫度下由于乙烯轉(zhuǎn)化率為p1＜p2＜p3＜p4，由C2H4(g)+H2O(g)═C2H5OH(g)可知正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，乙烯的轉(zhuǎn)化率提高，因此壓強(qiáng)關(guān)系是p1＜p2＜p3＜p4，故答案為：p1＜p2＜p3＜p4；反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，乙烯的轉(zhuǎn)化率增大，所以相同條件下，轉(zhuǎn)化率越大的代表壓強(qiáng)越大；

(2)若要進(jìn)一步提高乙烯轉(zhuǎn)化率，除了可以適當(dāng)改變反應(yīng)溫度和壓強(qiáng)外，還可以改變物質(zhì)的濃度，如從平衡體系中將產(chǎn)物乙醇分離出來，或增大水蒸氣的濃度，改變二者物質(zhì)的量的比等，

故答案為：將產(chǎn)物乙醇液化移去；增加H2O(g)的量；

Ⅳ．①溴水能夠氧化碘化鉀生成碘，實(shí)驗(yàn)2中向淀粉-KI溶液中滴加冷卻后的混合液可以檢驗(yàn)反應(yīng)后溶液中是否還含有溴單質(zhì)，故答案為：檢驗(yàn)反應(yīng)后溶液中是否還含有溴單質(zhì)；

②實(shí)驗(yàn)3的作用是進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應(yīng)，故答案為：對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在加熱條件下水是否能夠與溴單質(zhì)反應(yīng)；

③根據(jù)實(shí)驗(yàn)②加入淀粉KI溶液，溶液顏色不變，說明混合液中不存在溴單質(zhì)，說明加熱條件下或長(zhǎng)期放置，乙醇能夠與溴水反應(yīng)，故答案為：加熱條件下或長(zhǎng)期放置，乙醇能夠與溴水反應(yīng)；

(2)探究該反應(yīng)是取代反應(yīng)還是氧化反應(yīng)，若是取代反應(yīng)，含a mol Br2的溴水反應(yīng)后生成a mol Br-，若是氧化反應(yīng)，含a mol Br2的溴水反應(yīng)后生成2a mol Br-，因此實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為：取含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應(yīng)后利用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)液滴定測(cè)定溶液中Br—物質(zhì)的量。若n(Br—)=a mol則發(fā)生取代反應(yīng)；若n(Br—)=2a mol則發(fā)生氧化反應(yīng)；若a mol< n(Br—)< 2a mol則既發(fā)生了取代反應(yīng)也發(fā)生了氧化反應(yīng)，故答案為：取含a mol Br2的溴水和足量的乙醇，混合加熱，完全反應(yīng)后利用AgNO3標(biāo)準(zhǔn)液滴定測(cè)定溶液中Br—物質(zhì)的量。若n(Br—)=a mol則發(fā)生取代反應(yīng)；若n(Br—)=2a mol則發(fā)生氧化反應(yīng)；若a mol< n(Br—)< 2a mol則既發(fā)生了取代反應(yīng)也發(fā)生了氧化反應(yīng)。