Question

（2012?通州區(qū)一模）為倡導“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”，降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，科學家正在研究如何將CO₂轉化為可利用的資源．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
（1）圖1表示該反應過程中能量變化，則該反應為

放熱

反應（填“吸熱”或“放熱”），判斷依據(jù)是

反應物的總能量高于生成物的總能量

；
（2）某實驗小組依據(jù)甲醇燃燒的反應原理，設計如圖2所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應式為：

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

；
②工作一段時間后，測得溶液的pH減小，該電池總反應的化學方程式為：

2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O

；
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ∕mol

；
（4）為了消除污染，在一定條件下，向含有甲醇的廢水中加入一定量的稀硝酸，會有N₂等物質(zhì)生成．若參加反應的氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為6：5，寫出該反應的化學方程式

5CH₃OH+6HNO₃=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O

；在此反應過程中若消耗32g 甲醇，將轉移

6

mol 電子．

Answer 1

分析：（1）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，故該反應為放熱反應；
（2）①原電池正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極放電，堿性條件下生成氫氧根離子；
②該原電池實質(zhì)為甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳在與氫氧化鉀反應生成碳酸鉀與水，據(jù)此書寫；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由于已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也乘以相應的系數(shù)，進行相應的計算；
（4）反應中硝酸為氧化劑，甲醇為還原劑，根據(jù)電子轉移守恒，計算C元素在氧化產(chǎn)物的化合價，據(jù)此判斷氧化產(chǎn)物，書寫方程式，根據(jù)n=

m

M

計算甲醇的物質(zhì)的量，結合C元素化合價變化計算轉移電子的物質(zhì)的量．

解答：解：（1）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，故該反應為放熱反應，故答案為：放熱；反應物的總能量高于生成物的總能量；
（2）①原電池正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極放電，堿性條件下生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②該原電池實質(zhì)為甲醇燃燒生成二氧化碳與水，二氧化碳在與氫氧化鉀反應生成碳酸鉀與水，該原電池總的反應式為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O；
（3）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
故CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（4）反應中硝酸為氧化劑，甲醇為還原劑，根據(jù)電子轉移守恒，令C元素在氧化產(chǎn)物的化合價為a，則：
6×5=5×[a-（-2）]，解得a=4，故氧化產(chǎn)物為CO₂，反應方程式為：5CH₃OH+6HNO₃=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O，
甲醇的物質(zhì)的量為

32g

32g/mol

=1mol，反應C元素化合價由-2價升高為+4，故轉移電子的物質(zhì)的量為1mol×[4-（-2）]=6mol，
故答案為：5CH₃OH+6HNO₃=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O；6；

點評：本題考查熱化學反應方程式的書寫、原電池、氧化還原反應的有關計算等，難度中等，（4）中注意利用電子轉移守恒判斷氧化產(chǎn)物．