13．科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知：H2（g）、CO（g）和CH3OH（1）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．請(qǐng)回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol H2O消耗的能量是2858kJ
（2））  甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.6kJ•mol-1．
（3）在直接以甲醇為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，負(fù)極的反應(yīng)式為CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；正極的反應(yīng)式為$\frac{3}{2}$O2+6H++6e-═3H2O，理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為701.8kJ，則該燃料電池的理論效率為96.6%（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比）．
（4）若用該甲醇燃料電池電解某CuSO4溶液，一段時(shí)間后，向電解液中加入0.1molCu2（OH）2CO3恰好可以恢復(fù)原溶液，電解過程消耗甲醇的質(zhì)量為3.2g．

分析 （1）根據(jù)氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來計(jì)算；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式書寫方法和注意問題標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)焓變；
（3）甲醇燃料電池，甲醇在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下生成水；根據(jù)甲醇的燃燒熱計(jì)算2mol甲醇完全燃燒放出的熱量，結(jié)合原電池產(chǎn)生的電能計(jì)算；
（4）堿式碳酸銅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水和二氧化碳，所以加入0.1mol堿式碳酸銅[Cu2（OH）2CO3]相當(dāng)于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根據(jù)生成物知，陰極上銅離子和氫離子放電、陽極甲醇放電，根據(jù)銅和氫氣的物質(zhì)的量與轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，并求消耗甲醇的質(zhì)量．

解答 解：（1）由H2（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol-1知，1molH2（g）完全燃燒生成1molH2O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H2O（l）為1mol H2（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H2O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858；
（2）H2（g）、CO（g）和CH3OH（1）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol，則
①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJ•mol-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ•mol-1-（-283.0kJ•mol-1）=-443.6kJ•mol-1，
故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.6kJ•mol-1；
（3）酸性條件下甲醇燃料電池的總反應(yīng)式為：CH3OH+$\frac{3}{2}$O2═CO2+2H2O①，酸性條件下該燃料電池的正極反應(yīng)式為$\frac{3}{2}$O2+6H++6e-═3H2O②，①-②得電池負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；該燃料電池的理論效率為$\frac{701.8kJ}{726.5kJ}$×100%=96.6%，
故答案為：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+；$\frac{3}{2}$O2+6H++6e-═3H2O；96.6%；
（4）堿式碳酸銅和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸銅、水和二氧化碳，所以加入0.1mol堿式碳酸銅[Cu2（OH）2CO3]相當(dāng)于加入0.2molCuO、0.1molH2O，根據(jù)生成物知，陰極上銅離子和氫離子放電、陽極上甲醇放電，根據(jù)Cu原子、H原子守恒得陰極上析出n（Cu）=0.2mol、n（H2）=0.1mol，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量=0.2mol×2+0.1mol×2=0.6mol，
陽極：CH3OH+H2O-6e-═CO2+6H+
          32g        6mol
         3.2g       0.6mol
則：m（CH3OH）=3.2g，
故答案為：3.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫和蓋斯定律的應(yīng)用、原電池電極方程式的書寫，電極材料計(jì)算等知識(shí)，本題題目難度中等．

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

11．用下列實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)，能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵ā　。?table class="qanwser">A．
用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定未知濃度的鹽酸B．
加熱FeCl3溶液獲取FeCl3固體C．
用酒精萃取碘水中的碘D．
通過原電池原理證明金屬性Zn＞Cu

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

12．我國(guó)科研人員研制出一種室溫“可呼吸”Na-CO2電池．放電時(shí)該電池“吸入”CO2，充電時(shí)“呼出”CO2．吸入CO2時(shí)，其工作原理如圖所示．吸收的全部CO2中，有$\frac{2}{3}$轉(zhuǎn)化為Na2CO3固體沉積在多壁碳納米管（MWCNT）電極表面．下列說法不正確的是（　�。�
A．每“呼出”22.4LCO2，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為$\frac{4}{3}$mol
B．“吸入”CO2時(shí)的正極反應(yīng)：4Na++3CO2+4e-=2Na2CO3+C
C．“呼出”CO2時(shí)鈉箔電極反應(yīng)式是Na++e-=Na
D．放電時(shí)電池總反應(yīng)是4Na+3CO2=2Na2CO3+C

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

1．參考圖甲、圖乙和有關(guān)要求回答問題：
（1）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的一種原理是CH3OH（g）和H2O（g）反應(yīng)生成CO2和H2．圖丙是該過程中能量變化示意圖，若在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，正反應(yīng)活化能 a的變化是減小    （填“增大”、“減小”、“不變”），反應(yīng)熱△H的變化是不變（填“增大”、“減小”、“不變”）．請(qǐng)寫出CH3OH（g）和H2O（g）反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）△H=+（a-b）kJ/mol．
（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化為氫氣的另一種反應(yīng)原理是：
CH3OH（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?CO2（g）+2H2（g）△H=c kJ/mol； H2O（g）?H2O（l）△H=d kJ/mol．
則甲醇燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為2CH3OH（g）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-（4a-4b-6c-4d）kJ/mol．
（3）以CH3OH燃料電池為電源電解法制取ClO2．二氧化氯（ClO2）為一種黃綠色氣體，是國(guó)際上公認(rèn)的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑．
①CH3OH燃料電池放電過程中，通入O2的電極附近溶液的pH增大，負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
②圖中電解池用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取 ClO2．陽極產(chǎn)生 ClO2的反應(yīng)式為Cl--5e-+2H2O=4H++ClO2↑．
③電解一段時(shí)間，從陰極處收集到的氣體比陽極處收集到氣體多 6.72L時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)狀況，忽略生成的氣體溶解），停止電解，通過陽離子交換膜的陽離子為1mol．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：填空題

8．按要求書寫熱化學(xué)方程式：
（1）由氫氣和氧氣反應(yīng)生成1mol水蒸氣，放熱241.8kJ．寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H=-241.8kJ/mol．若9g水蒸氣轉(zhuǎn)化成液態(tài)水放熱22kJ，則反應(yīng)H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（l）的△H=-285.5 kJ•mol-1．
（2）已知稀溶液中，1mol H2SO4與NaOH溶液恰好完全反應(yīng)時(shí)，放出114.6kJ熱量，寫出表示H2SO4與NaOH反應(yīng)的中和熱的熱化學(xué)方程式NaOH（aq）+$\frac{1}{2}$H2SO4（aq）=$\frac{1}{2}$Na2SO4（aq）+H2O（l）△H=-57.3kJ/mol．
（3）25oC、101kPa條件下充分燃燒一定量的丁烷（C4H10）氣體放出熱量為Q kJ，經(jīng)測(cè)定，將生成的CO2通入足量澄清石灰水中產(chǎn)生25g白色沉淀，寫出表示丁烷燃燒熱的熱化學(xué)方程式C4H10（g）+$\frac{13}{2}$O2（g）=4CO2（g）+5H2O（l）△H=-16QkJ/mol．
（4）已知下列熱化學(xué)方程式：
①CH3COOH（l）+2O2（g）═2CO2（g）+2H2O（l）△H1=-870.3kJ•mol-1
②C（s）+O2（g）═CO2（g）△H2=-393.5kJ•mol-1
③H2（g）+1/2O2（g）═H2O（l）△H3=-285.8kJ•mol-1
寫出由C（s）、H2（g）和O2（g）經(jīng)合生成CH3COOH（l）的熱化學(xué)方程式2C（s）+2H2（g）+O2（g）=CH3COOH（l）△H=-488.3kJ/mol．
（5）已知拆開1mol H-H鍵、1mol N-H鍵，1mol N≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則N2（g）與H2（g）反應(yīng)生成1mol NH3（g）的熱化學(xué)方程式是N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92kJ•mol-1．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

18．能源是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，美國(guó)馬奇蒂博士對(duì)世界一次能源替代趨勢(shì)曾作如下預(yù)測(cè)：
回答下列問題：

（1）圖1中化石能源中屬于較清潔的能源是天然氣．
（2）核電廠的燃料一般由0.71%鈾-235、99.28%鈾-238 及 0.0058%鈾-234 組成．
①235U、238U、234U 三種核素之間的關(guān)系是同位素．
②470g核素${\;}_{92}^{235}$U發(fā)生裂變反應(yīng)：${\;}_{92}^{235}$U+${\;}_{0}^{1}$n$\stackrel{裂變}{→}$${\;}_{38}^{90}$Sr+${\;}_{54}^{136}$Xe+10${\;}_{0}^{1}$n，凈產(chǎn)生的中子（ n）為18NA．
（3）圖2是氫能的制備及利用的途徑之一，涉及能量轉(zhuǎn)化方式有ac．
a．光能→化學(xué)能  b．電能→化學(xué)能  c．化學(xué)能→電能
（4）目前玉米秸稈常用于制生物質(zhì)乙醇，已知乙醇的燃燒熱為1366.8kJ•mol-1．
①乙醇完全燃燒的熱化學(xué)方程式為C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1366.8KJ/mol．
②圖3是乙醇燃料電池，a極發(fā)生的電極反應(yīng)為C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+；
③乙醇氧化或水蒸氣重整可以制取氫氣：
氧化重整：C2H5OH（l）+$\frac{3}{2}$O2（g）=2CO2（g）+3H2 （g）△H=-554.0kJ•mol-1
水蒸氣重整：CH3OH（l）+3H2O（l）=2CO2（g）+6H2（g）△H=+174.2kJ•mol-1
實(shí)際生產(chǎn)中采用氧化水蒸氣聯(lián)合重整，為維持熱平衡，理論上參加水蒸氣重整的乙醇與氧化重整的乙醇的物質(zhì)的量之比為3.18（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：解答題

5．碘在科研與生活中有重要作用，某興趣小組用0.50mol•L-1KI、0.2%淀粉溶液、0，.20mol•L-1K2S2O8、0.10mol•L-1Na2S2O3等試劑，探究反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響．
已知：
S2O82-+2I-═2SO42-+I2（慢）     
I2+2S2O32-═2I-+S4O62- （快）
（1）向KI、Na2S2O3與淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液，當(dāng)溶液中的Na2S2O3耗盡后，溶液顏色將由無色變?yōu)樗{(lán)色，為確保能觀察到藍(lán)色，S2O32-與S2O82-初始的物質(zhì)的量需滿足的關(guān)系為：n（S2O82-）：n（S2O32-）$＞\frac{1}{2}$．
（2）為探究反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如表：
實(shí)驗(yàn)
序號(hào)		體積V/ml
K2S2O8溶液水KI溶液Na2S2O3溶液淀粉溶液
①10.00.04.04.02.0
②9.01.04.04.02.0
③8.0Vx4.04.02.0
表中Vx=2.0 ml，理由是保證反應(yīng)物K2S2O8濃度改變，而其他的條件不變，才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />（3）已知：2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4═K2SO4+2MnSO4+8H2O+10CO2↑，在高錳酸鉀酸性溶液和草酸溶液反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)開始一段時(shí)間，反應(yīng)速率較慢，溶液褪色不明顯；但不久突然褪色，反應(yīng)速率明顯加快．
①針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，某同學(xué)認(rèn)為KMnO4與H2C2O4反應(yīng)是放熱反應(yīng)，導(dǎo)致溶液溫度升高，反應(yīng)速率加快．從影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素看，你的猜想還可能是生成的錳離子有催化作用的影響．
②若用實(shí)驗(yàn)證明你的猜想，除酸性高錳酸鉀溶液、草酸溶液試劑外，還需要選擇的試劑最合理的是C．
A．硫酸鉀         B．氯化錳         C．硫酸錳          D．水．

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

2．化學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境密切關(guān)．下列敘述不正確的是（　�。�
A．大氣中PM2.5比表面積大，吸附力強(qiáng)，能吸附許多有毒、有害物質(zhì)
B．Na2S具有還原性，作廢水中Cu2+、Hg2+沉淀劑
C．石墨烯一種由單層碳原子構(gòu)成的新納米材料，具有導(dǎo)電性
D．剛玉、紅寶石主要或分是氧化鋁，陶瓷、分子篩主要成分是硅酸鹽

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科目：高中化學(xué) 來源： 題型：選擇題

3．某溫度下反應(yīng)N2O4（g）?2NO2（g）（正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)），在密閉容器中達(dá)到平衡，下列說法正確的是（　�。�
①加壓時(shí)（體積變�。�，將使正反應(yīng)速率增大
②保持體積不變，加入少許NO2，將使正反應(yīng)減��；
③保持體積不變，加入少許N2O4，再達(dá)到平衡時(shí)顏色變深；
④保持體積不變，升高溫度，再達(dá)平衡時(shí)顏色變深 
⑤升高溫度，正反應(yīng)速率減小，平衡逆向移動(dòng)．
A．①④⑤B．③④⑤C．①③④D．①②③④⑤

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