Question

15．能源在國民經(jīng)濟中具有特別重要的戰(zhàn)略地位．有人說能源相當(dāng)于城市的血液，它驅(qū)動著城市的運轉(zhuǎn)．
（1）①丙烷常用作運動會火炬的燃料，圖甲是一定量丙烷完全燃燒生成CO₂和1mol H₂O（l）過程中的能量變化圖（圖中括號內(nèi)“+”或“-”未標(biāo)注），寫出表示丙烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol．
②二甲醚（CH₃OCH₃）作為一種新型燃料，應(yīng)用前景廣闊．1mol二甲醚完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水放出1455kJ熱量．若1mol丙烷和二甲醚的混合氣體完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水共放出1645kJ熱量，則混合氣體中，丙烷和二甲醚的物質(zhì)的量之比為1：3．
（2）蓋斯定律認為：不管化學(xué)過程是一步完成或分數(shù)步完成，整個過程的總熱效應(yīng)相同．試運用蓋斯定律回答下列問題：
①反應(yīng)A+B→C（△H＜0）分兩步進行：①A+B→X（△H＞0），②X→C（△H＜0）．如圖乙示意圖中，能正確表示總反應(yīng)過程中能量變化的是d（填字母）．

②已知：H₂O（g）=H₂O （l）△H₁=-Q₁kJ/mol
C₂H₅OH（g）=C₂H₅OH （l）△H₂=-Q₂kJ/mol
C₂H₅OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+3H₂O（g）△H₃=-Q₃kJ/mol
若使23g液態(tài)無水酒精完全燃燒，并恢復(fù)到室溫，則整個過程中放出的熱量為0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁．
（3）水溶液鋰電池體系，是復(fù)旦大學(xué)教授吳宇平課題組的一項重磅研究成果．研究成果刊發(fā)于2013年《自然》（Nature）雜志子刊《科學(xué)報道》（Sci．Report）．如圖丙某鋰電池中用有機電解液將電極鋰與水性電解液隔開的目的防止金屬鋰與水發(fā)生反應(yīng)，其充電時陽極的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①分析圖象得到生成1mol水的焓變△H=-553.75KJ/mol；依據(jù)熱化學(xué)方程式書寫方法寫出，注意物質(zhì)聚集狀態(tài)，對應(yīng)量下的焓變；
②依據(jù)熱化學(xué)方程式結(jié)合混合氣體物質(zhì)的量和放熱列式計算得到二甲醚和丙烷物質(zhì)的量之比；
（2）①根據(jù)物質(zhì)具有的能量進行計算：△H=E（生成物的總能量）-E（反應(yīng)物的總能量），當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時，反應(yīng)放熱，當(dāng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量時，反應(yīng)吸熱，以此解答該題；
②依據(jù)熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計算得到熱化學(xué)方程式；
（3）防上鋰與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)；陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O．

解答 解：（1）①圖象是一定量丙烷完全燃燒生成CO₂和1mol H₂O（l）過程中的能量變化圖，反應(yīng)放熱△H=-553.75KJ/mol，則寫出的熱化學(xué)方程式為C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol，故答案為：C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-2215.0 kJ/mol；
②1mol二甲醚完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水放出1455kJ熱量．若1mol丙烷和二甲醚的混合氣體完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水共放出1645kJ熱量，設(shè)1mol混合氣體中二甲醚物質(zhì)的量x，丙烷物質(zhì)的量為1-x，C₃H₈（g）+5O₂（g）=3CO₂（g）+4H₂O（l）；△H₁=-2215.0 kJ/mol，得到丙烷燃燒放熱（1-x）2215KJ；依據(jù)條件得到：1645KJ-1455xKJ=（1-x）2215KJ，計算得到x=0.75，則混合丙烷物質(zhì)的量為0.25mol，則混合氣體中丙烷和二甲醚物質(zhì)的量之比=0.25：0.75=1：3，故答案為：1：3；
（2）①由反應(yīng) A+B→C（△H＜0）分兩步進行 ①A+B→X （△H＞0）②X→C（△H＜0）可以看出，A+B→C（△H＜0）是放熱反應(yīng)，A和B的能量之和大于C，由①A+B→X （△H＞0）可知這步反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，X→C（△H＜0）是放熱反應(yīng)，故X的能量大于A+B；A+B的能量大于C；X 的能量大于C，圖象d符合，
故答案為：d：
②依據(jù)蓋斯定律計算；
①C₂H₅OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（g）；△H₁=-Q₃ kJ/mol，
②C₂H₅OH（g）=C₂H₅OH（l）；△H₂=-Q₂ kJ/mol，
③H₂O（g）=H₂O（l）；△H₃=-Q₁ kJ/mol．
依據(jù)蓋斯定律：①-②+3×③得到：C₂H₅OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+3H₂O（l）；△H₁=-（Q₃-Q₂+3Q₁）kJ/mol，
若使23g液態(tài)無水酒精物質(zhì)的量為0.5mol，完全燃燒，并恢復(fù)到室溫，則整個過程中放出的熱量為（0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁ ）KJ；
故答案為：0.5Q₃-0.5Q₂+1.5Q₁；
（3）防上鋰與水發(fā)生氧化還原反應(yīng)；陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O，故答案為：防止金屬鋰與水發(fā)生反應(yīng)；4OH^--4 e^-=O₂↑+2H₂O．

點評 本題考查了燃燒熱概念，熱化學(xué)方程式的計算，蓋斯定律的計算應(yīng)用，物質(zhì)的能量分析應(yīng)用和化學(xué)反應(yīng)的能量變化，熱化學(xué)方程式的計算和蓋斯定律的計算應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．