熱練(四)化學反應與能量變化1．可用Li2CO3與SiO2反應制取吸附劑Li4SiO4。已知：①2Li2O(s)＋SiO2(s)=Li4SiO4(s)ΔH1＝akJ·mol－1②Li2CO3(s)＋SiO2(s)=Li2SiO3(s)＋CO2(g)ΔH2＝bkJ·mol－1③Li2SiO3(s)=Li2O(s)＋SiO2(s)ΔH3＝ckJ·mol－1則2Li2CO3(s)＋SiO2(s)=Li4SiO4(s)＋2CO2(g)ΔH＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的式子表示)。答案(a＋2b＋2c)解析根據蓋斯定律知，①＋2×②＋2×③得：2Li2CO3(s)＋SiO2(s)=Li4SiO4(s)＋2CO2(g)ΔH＝(a＋2b＋2c)kJ·mol－1。2．已知：①C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH1＝－111.8kJ·mol－1；②C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH2＝＋130kJ·mol－1；③CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH3＝－90.1kJ·mol－1；④2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH4＝－134kJ·mol－1。則CH3OCH3(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=2CO(g)＋3H2(g)ΔH＝________kJ·mol－1；該反應能夠自發進行所采用的有利條件是________(填“高溫”“低溫”或“任意溫度”)。答案＋72.4高溫解析根據蓋斯定律知，①－②－2×③－④得CH3OCH3(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=2CO(g)＋3H2(g)ΔH；ΔH－TΔS＜0的反應可自發進行，該反應為吸熱、熵增的反應，高溫下可自發進行。3．含氮化合物在生活、生產、研究領域至關重要?；卮鹣铝袉栴}：已知：Ⅰ.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH1＝－483.6kJ·mol－1Ⅱ.N2(g)＋O2(g)2NO(g)ΔH2＝＋180.5kJ·mol－1Ⅲ.2H2(g)＋2NO(g)N2(g)＋2H2O(g)反應Ⅲ的正反應活化能為EakJ·mol－1，則逆反應活化能為________kJ·mol－1(用含Ea的式子表示)。答案Ea＋664.1解析根據蓋斯定律可得反應Ⅲ的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－664.1kJ·mol－1，而ΔH＝正反應活化能－逆反應活化能＝－664.1kJ·mol－1，所以逆反應活化能＝(Ea＋664.1)kJ·mol－1。4．甲醇催化脫水制二甲醚日益受到關注，反應化學方程式為2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＜0，某催化反應的機理如下：歷程?。篊H3OH(g)→CH3OH◎歷程ⅱ：CH3OH◎＋CH3OH◎→CH3OCH3◎＋H2O◎歷程ⅲ：……歷程ⅳ：H2O◎→H2O(g)上述歷程中，“◎”代表分子吸附在催化劑表面上。歷程ⅲ：________________________________________________________________________。答案CH3OCH3◎→CH3OCH3(g)5．炭黑是霧霾中的重要顆粒物，研究發現它可以活化氧分子，生成活化氧。活化過程的能量變化模擬計算結果如圖所示。每活化1個氧分子放出的能量為________eV，水可以使氧分子活化反應的活化能降低________eV。答案0.290.18解析由圖可知，該過程的最終結果是活化氧分子生成活化氧，則活化1個氧分子放出的能量為0.29eV；沒有加水時活化能為0.75eV，加入水后活化能為0.57eV，則水可以使氧分子活化反應的活化能降低0.75eV－0.57eV＝0.18eV。6．甲酸被認為是理想的氫能載體，我國科技工作者運用DFT計算研究單分子HCOOH在催化劑表面分解產生H2的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標注。回答下列問題：(1)該歷程中決定正反應速率步驟的能壘(活化能)E正＝________eV，該步驟的反應方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)該歷程甲酸分解制氫氣的熱化學方程式為_________________________________________________________________________________________________________。答案(1)0.98HCOOH*=HCOO*＋H*(2)HCOOH(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－0.15NAeV·mol－1解析(1)反應所需能壘(活化能)越大，反應速率越慢，而決定該歷程反應速率的是反應速率最慢的一步，即決速反應是能壘最高的一步，該歷程中三步的能壘分別為[0.77－(－0.21)]eV＝0.98eV、(0.89－0.11)eV＝0.78eV、[0.46－(－0.08)]eV＝0.54eV，所以該歷程中決速步驟的能壘為0.98eV，該步驟的反應方程式為HCOOH*=HCOO*＋H*。(2)結合反應歷程可知，1個HCOOH(g)分解得到1個CO2(g)和1個H2(g)釋放0.15eV能量，所以熱化學方程式為HCOOH(g)=CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－0.15NAeV·mol－1。7．甲醇也可以通過微生物電催化反應合成，裝置如圖所示。石墨電極上的電極反應式為________________，當體系的溫度升高到一定程度，電極反應的速率反而迅速下降，主要原因是___________________________________________________。答案CO2＋6e－＋6H＋=CH3OH＋H2O微生物活性下降，反應速率降低8．我國科學家設計了一種電解裝置如圖所示，能將二氧化碳和H2O轉化成合成氣CO和H2，同時獲得甘油醛。則催化電極a為________極，催化電極b產生CO的電極反應式為________________________________________________________________________。答案陽2CO2＋2e－=COeq\o\al(2－,3)＋CO9．二甲醚燃料電池常采用磺酸類質子溶劑，其工作原理如圖所示，則負極的電極反應式為____________________________________________________________________________，若消耗標準狀況下5.6LO2，則理論上左右兩室溶液質量變化的差為________g。答案CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋13．5解析標準狀況下5.6LO2即為0.25mol，轉移電子為1.0mol，根據N極反應：O2＋4H＋＋4e－=2H2O，可以得出右極室質量增加了9.0g；根據M極反應：CH3OCH3＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋，轉移1.0mol電子時，左極室消耗水0.25mol，質量減少了4.5g，則左右兩室溶液質量變化差為9.0g＋4.5g＝13.5g。10．利用銅基配合物1,10－phenanthroline－Cu催化劑電催化CO2還原制備碳基燃料(包括CO、烷烴和酸等)是減少CO2在大氣中累計和實現可再生能源有效利用的關鍵手段之一，其裝置原理如圖所示。(1)電池工作過程中，圖中Pt電極附近溶液的pH______(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)陰極的電極反應式為_________________________________________________。(3)每轉移2mol電子，陽極室、陰極室溶液質量變化量的差值|Δm陰|－|Δm陽|＝________g。答案(1)減小(2)CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH(3)28解析據圖可知Pt電極上H2O轉化為O2，O元素被氧化，所以Pt電極應為陽極，a為電源正極，b為電源負極，石墨烯電極為陰極，CO2得電子被還原成HCOOH。(1)Pt電極上H2O失電子轉化為O2，電極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，所以電極附近溶液的pH減小。(2)石墨2＋2e－＋2H＋=HCOOH。(3)每