Question

【題目】甲醇作為燃料，在化石能源和可再生能源時期均有廣泛的應用前景。

I. 甲醇可以替代汽油和柴油作為內燃機燃料。

（1）汽油的主要成分之一是辛烷[C8H18(l)]。已知：25℃、101 kPa時，1 mol C8H18(l)完全燃燒生成氣態二氧化碳和液態水，放出5518 kJ熱量。該反應的熱化學方程式為______。

（2）已知：25℃、101 kPa時，CH3OH(l) + 3/2 O2(g) ==== CO2 (g) + 2H2O(l) Δ H＝-726.5 kJ/mol。相同質量的甲醇和辛烷分別完全燃燒時，放出熱量較多的是______。

（3）某研究者分別以甲醇和汽油做燃料，實驗測得在發動機高負荷工作情況下，汽車尾氣中CO的百分含量與汽車的加速性能的關系如右所示。

根據圖信息分析，與汽油相比，甲醇作為燃料的優點是______。

II. 甲醇的合成

（4）以CO2(g)和H2(g)為原料合成甲醇，反應的能量變化如下圖所示。

① 補全上圖：圖中A處應填入______。

② 該反應需要加入銅－鋅基催化劑。加入催化劑后，該反應的ΔH______（填“變大”“變小”或“不變”）。

（5）已知： CO(g)＋1/2 O2(g) ==== CO2(g) ΔH1＝-283 kJ/mol

H2(g)＋1/2 O2(g) ==== H2O(g) ΔH2＝-242 kJ/mol

CH3OH(g) + 3/2 O2(g) ==== CO2 (g) + 2H2O(g) ΔH3＝-676 kJ/mol

以CO(g)和H2(g)為原料合成甲醇的反應為CO(g) + 2H2(g) ==== CH3OH(g) 。該反應的ΔH為_____ kJ/mol。

Answer 1

【答案】C8H18(l) ＋ 25/2O2(g)＝8CO2(g) ＋ 9H2O(l) ΔH＝-5518 kJ/mol C8H18 汽車的加速性能相同的情況下，CO排放量低，污染小 1 mol CO2(g) + 3 mol H2(g) 不變 -91

【解析】

(1)根據書寫熱化學反應方程式的方法書寫；

(2)假設質量均為1g，計算出1g CH3OH和1g辛烷完全燃燒放出的熱量，再判斷；

(3)根據圖像可知，甲醇作為燃料時，根據汽車的加速性能與 CO排放量的關系分析解答；

(4)①CO2(g)和H2(g)為原料生成1mol甲醇和1mol水，根據質量守恒分析解答；②根據催化劑與焓變的關系判斷；

(5)根據蓋斯定律分析解答。

(1)在25℃、101 kPa時，1 mol C8H18(l)完全燃燒生成氣態二氧化碳和液態水，放出5518 kJ熱量，所以其熱化學反應方程式為：C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)△H=-5518 kJmol-1，故答案為：C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)△H=-5518 kJmol-1；

(2)假設質量均為1g，則1g CH3OH完全燃燒放出的熱量==22kJ，1g辛烷完全燃燒放出的熱量==48kJ，相同質量的甲醇和辛烷分別完全燃燒時，放出熱量較多的是C8H18(或辛烷)，故答案為：C8H18(或辛烷)；

(3)根據圖像可知，汽車的加速性能相同的情況下，甲醇作為燃料時CO排放量低，污染小，故答案為：汽車的加速性能相同的情況下，CO排放量低，污染小；

(4)①以CO2(g)和H2(g)為原料合成甲醇，反應生成1mol甲醇和1mol水，根據質量守恒，需要1mol二氧化碳和3mol氫氣，因此圖中A處應填入1 mol CO2(g) + 3 mol H2(g)，故答案為：1 mol CO2(g) + 3 mol H2(g)；

②加入催化劑，不能改變反應的焓變，因此Δ H不變，故答案為：不變；

(5)①CO(g)＋1/2 O2(g) =CO2(g) Δ H1＝-283 kJ/mol ，②H2(g)＋1/2 O2(g) = H2O(g) Δ H2＝-242 kJ/mol，③CH3OH(g) + 3/2 O2(g) =CO2 (g) + 2H2O(g) Δ H3＝-676 kJ/mol，根據蓋斯定律，將①+②×2-③，得：CO(g) + 2H2(g) =CH3OH(g) ΔH=(-283 kJ/mol)+(-242 kJ/mol)×2-(-676 kJ/mol)=-91 kJ/mol，故答案為：-91。