甲醇作为燃料,在化石能源和可再生能源时期均有广泛的应用前景。
I. 甲醇可以替代汽油和柴油作为内燃机燃料。
( 1)汽油的主要成分之一是辛烷 。已知: 25℃、101 kPa时,1 mol C 8 H 18 (l)完全燃烧生成气态二氧化碳和液态水,放出5518 kJ热量。该反应的热化学方程式为 ______ 。
( 2)已知:25℃、101 kPa时,CH 3 OH(l) + 3/2 O 2 (g) ==== CO 2 (g) + 2H 2 O(l) Δ H = -726.5 kJ/mol。相同质量的甲醇和辛烷分别完全燃烧时,放出热量较多的是 ______ 。
( 3)某研究者分别以甲醇和汽油做燃料,实验测得在发动机高负荷工作情况下,汽车尾气中CO的百分含量与汽车的加速性能的关系如右所示。
根据图信息分析,与汽油相比,甲醇作为燃料的优点是 ______ 。
II. 甲醇的合成
( 4)以CO 2 (g)和H 2 (g)为原料合成甲醇,反应的能量变化如下图所示。
① 补全上图:图中A处应填入 ______ 。
② 该反应需要加入铜-锌基催化剂。加入催化剂后,该反应的Δ H ______ (填 “变大”“变小”或“不变”)。
( 5)已知: CO(g)+1/2 O 2 (g) ==== CO 2 (g) Δ H 1 = -283 kJ/mol
H 2 (g)+1/2 O 2 (g) ==== H 2 O(g) Δ H 2 = -242 kJ/mol
CH 3 OH(g) + 3/2 O 2 (g) ==== CO 2 (g) + 2H 2 O(g) Δ H 3 = -676 kJ/mol
以 CO(g)和H 2 (g)为原料合成甲醇的反应为CO(g) + 2H 2 (g) ==== CH 3 OH(g) 。该反应的Δ H 为 _____ kJ/mol。
C 8 H 18 (l) + 25/2O 2 (g)=8CO 2 (g) + 9H 2 O(l) Δ H = -5518 kJ/mol C 8 H 18 汽车的加速性能相同的情况下, CO排放量低,污染小 1 mol CO 2 (g) + 3 mol H 2 (g) 不变 -91
【分析】
(1) 根据书写热化学反应方程式的方法书写;
(2) 假设质量均为 1g ,计算出 1g CH 3 OH 和 1g 辛烷完全燃烧放出的热量,再判断;
(3) 根据图像可知,甲醇作为燃料时,根据汽车的加速性能与 CO 排放量的关系分析解答;
(4) ① CO 2 (g) 和 H 2 (g) 为原料生成 1mol 甲醇和 1mol 水,根据质量守恒分析解答; ②根据催化剂与焓变的关系判断;
(5) 根据盖斯定律分析解答。
【详解】
(1) 在 25 ℃、 101 kPa 时, 1 mol C 8 H 18 (l) 完全燃烧生成气态二氧化碳和液态水,放出 5518 kJ 热量,所以其热化学反应方程式为: C 8 H 18 (l)+ O 2 (g)=8CO 2 (g)+9H 2 O(l) △ H=-5518 kJ•mol -1 ,故答案为 C 8 H 18 (l)+ O 2 (g)=8CO 2 (g)+9H 2 O(l) △ H=-5518 kJ•mol -1 ;
(2) 假设质量均为 1g ,则 1g CH 3 OH 完全燃烧放出的热量 = =22kJ , 1g 辛烷完全燃烧放出的热量 = =48kJ ,相同质量的甲醇和辛烷分别完全燃烧时,放出热量较多的是 C 8 H 18 ( 或辛烷 ) ,故答案为 C 8 H 18 ( 或辛烷 ) ;
(3) 根据图像可知,汽车的加速性能相同的情况下,甲醇作为燃料时 CO 排放量低,污染小,故答案为汽车的加速性能相同的情况下, CO 排放量低,污染小;
(4) ①以 CO 2 (g) 和 H 2 (g) 为原料合成甲醇,反应生成 1mol 甲醇和 1mol 水,根据质量守恒,需要 1mol 二氧化碳和 3mol 氢气,因此图中 A 处应填入 1 mol CO 2 (g) + 3 mol H 2 (g) ,故答案为 1 mol CO 2 (g) + 3 mol H 2 (g) ;
②加入催化剂,不能改变反应的焓变,因此 Δ H 不变,故答案为不变;
(5) ① CO(g) + 1/2 O 2 (g) =CO 2 (g) Δ H 1 = -283 kJ/mol , ② H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) = H 2 O(g) Δ H 2 = -242 kJ/mol , ③ CH 3 OH(g) + 3/2 O 2 (g) =CO 2 (g) + 2H 2 O(g) Δ H 3 = -676 kJ/mol ,根据盖斯定律,将 ① + ② ×2- ③,得: CO(g) + 2H 2 (g) =CH 3 OH(g) Δ H =(-283 kJ/mol)+(-242 kJ/mol)×2-(-676 kJ/mol)=-91 kJ/mol ,故答案为 -91 。
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下表是某些化学键的键能,则生成2mol H2O时,放出的能量为( )
化学键 | H-H | O=O | H-O |
键能(kJ/mol) | 436 | 496 | 463 |
A.242kJ B.442 kJ C.484 kJ D.448kJ