Question

【題目】CO2是一種主要的溫室氣體，研究CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義。

（1）金剛石和石墨燃燒反應中的能量變化如圖a所示。在通常狀況下，金剛石和石墨中，__________（填“金剛石”或“石墨”）更穩定，石墨的燃燒熱為__________。

（2）采用電化學法可將二氧化碳轉化為甲烷，試寫出以氫氧化鉀水溶液作電解質時，該轉化的電極反應方程式__________________________________________。

（3）CO2為原料還可合成多種物質。工業上常以CO2(g)與H2(g)為原料合成乙醇。

①已知：H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol－1

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=－41.2kJ·mol－1

2CO(g)+4H2 (g) CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H= －256.1kJ·mol－1

則：2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(l) △H=___________________。

②下圖是一種以煙道氣為原料合成乙醇的工作原理示意圖。對上述流程的分析，下列說法正確的是_________。

A.該流程至少包含4種形式的能量轉化

B.裝置X中陰極反應為：2H2O－4e－=4H++O2↑

C.合成塔中生成乙醇的反應是化合反應

D.流程設計體現了綠色化學思想

（4）鎂燃料電池在可移動電子設備電源和備用電源等方面應用前景廣闊。圖b為“鎂—次氯酸鹽”燃料電池原理示意圖，電極為鎂合金和鉑合金。

① E為該燃料電池的___________極（填“正”或“負”）。F電極上的電極反應式為___________。

② 鎂燃料電池負極容易發生自腐蝕產生氫氣，使負極利用率降低，用化學用語解釋其原因__________________________。

Answer 1

【答案】 石墨 393.5kJ/mol CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH- -305.7 kJ/mol A D 負 ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH- Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2

【解析】試題分析：（1）能量越低越穩定；石墨的燃燒熱是1mol石墨完全燃燒生成二氧化碳放出的熱量；（2）采用電化學法可將二氧化碳轉化為甲烷，二氧化碳在正極發生還原反應生成甲烷；（3）①根據蓋斯定律計算2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(l)的焓變；②根據流程圖分析；（4）“鎂-次氯酸鹽”燃料電池中失電子的為負極，則Mg為負極，鎂失去電子生成Mg(OH)2，正極上ClO-得電子生成氯離子，則正極的電極反應式為:ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-，以此解答該題；鎂與水能反應，所以鎂燃料電池負極容易發生自腐蝕。

解析：根據圖示可知，相同物質的量的金剛石、石墨燃燒，金剛石放熱多，所以金剛石的能量大于石墨，金剛石和石墨中，石墨更穩定；石墨的燃燒熱是1mol石墨完全燃燒生成二氧化碳放出的熱量，根據圖示，1mol石墨完全燃燒生成二氧化碳放出(110.5+283.0)=393.5 kJ，所以石墨的燃燒熱是393.5kJ/mol；（2）采用電化學法可將二氧化碳轉化為甲烷，二氧化碳在正極得電子發生還原反應生成甲烷，該轉化的電極反應式是CO2+8e-+6H2O=CH4+8OH-；

（3） ①H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol－1

②CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=－41.2kJ·mol－1

③2CO(g)+4H2(g)CH3CH2OH(g)+H2O(g) △H=－256.1kJ·mol－1

根據蓋斯定律③-①-② 得2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(l)△H= -305.7 kJ/mol；②流程圖中包括：光能→電能、電能→化學能，熱能→化學能，化學能→化學能，熱能→動能，故A正確；根據流程圖，X是電解水裝置，電解水陰極反應式為2H2O+2e－=2OH-+H2↑，故B錯誤；合成塔中的反應方程式為： 6H2+2CO2=CH3CH2OH+3H2O ，不是化合反應，故C錯誤；產物是乙醇和水，無污染，故D正確；（4）“鎂-次氯酸鹽”燃料電池中失電子的為負極，則Mg為負極，所以E為該燃料電池的負極；F是正極，正極上ClO-得電子生成氯離子，則正極的電極反應式為:ClO-+2e-+H2O═Cl-+2OH-；鎂與水能反應，所以鎂燃料電池負極容易發生自腐蝕，反應方程式是Mg+2H2O=Mg（OH）2+H2。