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1、热练(四)化学反应与能量变化1可用Li2CO3与SiO2反应制取吸附剂Li4SiO4。已知:2Li2O(s)SiO2(s)=Li4SiO4(s) H1a kJmol1Li2CO3(s)SiO2(s)=Li2SiO3(s)CO2(g)H2b kJmol1Li2SiO3(s)=Li2O(s)SiO2(s)H3c kJmol1则2Li2CO3(s)SiO2(s)=Li4SiO4(s)2CO2(g)H_kJmol1(用含a、b、c的式子表示)。答案(a2b2c)解析根据盖斯定律知,22得:2Li2CO3(s)SiO2(s)=Li4SiO4(s)2CO2(g)H(a2b2c)kJmol1。2已知:C(s
2、)O2(g)=CO(g)H1111.8 kJmol1;C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H2130 kJmol1;CO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H390.1 kJmol1;2CH3OH(g)=CH3OCH3(g)H2O(g)H4134 kJmol1。则CH3OCH3(g)O2(g)=2CO(g)3H2(g)H_kJmol1;该反应能够自发进行所采用的有利条件是_(填“高温”“低温”或“任意温度”)。答案72.4高温解析根据盖斯定律知,2得CH3OCH3(g)O2(g)=2CO(g)3H2(g)H111.8 kJmol1130 kJmol1(90.1 kJmol1)2(134
3、kJmol1)72.4 kJmol1;HTS0的反应可自发进行,该反应为吸热、熵增的反应,高温下可自发进行。3含氮化合物在生活、生产、研究领域至关重要。回答下列问题:已知:.2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H1483.6 kJmol1.N2(g)O2(g)2NO(g)H2180.5 kJmol1.2H2(g)2NO(g)N2(g)2H2O(g)反应的正反应活化能为Ea kJmol1,则逆反应活化能为_kJmol1(用含Ea的式子表示)。答案Ea664.1解析根据盖斯定律可得反应的HH1H2664.1 kJmol1,而H正反应活化能逆反应活化能664.1 kJmol1,所以逆反应活化能(E
4、a664.1)kJmol1。4甲醇催化脱水制二甲醚日益受到关注,反应化学方程式为2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H0,某催化反应的机理如下:历程:CH3OH(g)CH3OH历程:CH3OHCH3OHCH3OCH3H2O历程:历程:H2OH2O(g)上述历程中,“”代表分子吸附在催化剂表面上。历程:_。答案CH3OCH3CH3OCH3(g)5炭黑是雾霾中的重要颗粒物,研究发现它可以活化氧分子,生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。每活化1个氧分子放出的能量为_eV,水可以使氧分子活化反应的活化能降低_eV。答案0.290.18解析由图可知,该过程的最终结果是活化氧
5、分子生成活化氧,则活化1个氧分子放出的能量为0.29 eV;没有加水时活化能为0.75 eV,加入水后活化能为0.57 eV,则水可以使氧分子活化反应的活化能降低0.75 eV0.57 eV0.18 eV。6甲酸被认为是理想的氢能载体,我国科技工作者运用DFT计算研究单分子HCOOH在催化剂表面分解产生H2的反应历程如图所示,其中吸附在催化剂表面的物种用*标注。回答下列问题:(1)该历程中决定正反应速率步骤的能垒(活化能)E正_eV,该步骤的反应方程式为_。(2)该历程甲酸分解制氢气的热化学方程式为_。答案(1)0.98HCOOH*=HCOO*H*(2)HCOOH(g)=CO2(g)H2(g)
6、 H0.15NA eVmol1解析(1)反应所需能垒(活化能)越大,反应速率越慢,而决定该历程反应速率的是反应速率最慢的一步,即决速反应是能垒最高的一步,该历程中三步的能垒分别为0.77(0.21) eV0.98 eV、(0.890.11) eV0.78 eV、0.46(0.08) eV0.54 eV,所以该历程中决速步骤的能垒为0.98 eV,该步骤的反应方程式为HCOOH*=HCOO*H*。(2)结合反应历程可知,1个HCOOH(g)分解得到1个CO2(g)和1个H2(g)释放0.15 eV能量,所以热化学方程式为HCOOH(g)=CO2(g)H2(g)H0.15NA eVmol1。7甲醇
7、也可以通过微生物电催化反应合成,装置如图所示。石墨电极上的电极反应式为_,当体系的温度升高到一定程度,电极反应的速率反而迅速下降,主要原因是_。答案CO26e6H=CH3OHH2O微生物活性下降,反应速率降低8我国科学家设计了一种电解装置如图所示,能将二氧化碳和H2O转化成合成气CO和H2,同时获得甘油醛。则催化电极a为_极,催化电极b产生CO的电极反应式为_。答案阳2CO22e=COCO9二甲醚燃料电池常采用磺酸类质子溶剂,其工作原理如图所示,则负极的电极反应式为_,若消耗标准状况下5.6 L O2,则理论上左右两室溶液质量变化的差为_g。答案CH3OCH33H2O12e=2CO212H13
8、5解析标准状况下5.6 L O2即为0.25 mol,转移电子为1.0 mol,根据N极反应:O24H4e=2H2O,可以得出右极室质量增加了9.0 g;根据M极反应:CH3OCH33H2O12e=2CO212H,转移1.0 mol电子时,左极室消耗水0.25 mol,质量减少了4.5 g,则左右两室溶液质量变化差为9.0 g4.5 g13.5 g。10利用铜基配合物1,10phenanthrolineCu催化剂电催化CO2还原制备碳基燃料(包括CO、烷烃和酸等)是减少CO2在大气中累计和实现可再生能源有效利用的关键手段之一,其装置原理如图所示。(1)电池工作过程中,图中Pt电极附近溶液的pH
9、_(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)阴极的电极反应式为_。(3)每转移2 mol电子,阳极室、阴极室溶液质量变化量的差值|m阴|m阳|_g。答案(1)减小(2)CO22e2H=HCOOH(3)28解析据图可知Pt电极上H2O转化为O2,O元素被氧化,所以Pt电极应为阳极,a为电源正极,b为电源负极,石墨烯电极为阴极,CO2得电子被还原成HCOOH。(1)Pt电极上H2O失电子转化为O2,电极反应式为2H2O4e=O24H,所以电极附近溶液的pH减小。(2)石墨烯电极为阴极,CO2得电子后结合氢离子生成HCOOH,电极反应式为CO22e2H=HCOOH。(3)每转移2 mol电子,由阴极反应式可知生成1 mol HCOOH,所以阴极室溶液|m阴|46 gmol11 mol46 g;根据阳极反应式可知每转移2 mol电子时阳极消耗1 mol水,生成0.5 mol氧气,同时有2 mol H转移至阴极室,所以|m阳|18 gmol11 mol18 g,所以|m阴|m阳|46 g18 g28 g。
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