Question

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[C₈H₁₈(l)]。已知：25℃、101 kPa时，1 mol C₈H₁₈(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，CH₃OH(l) + 3/2 O₂(g) ==== CO₂ (g) + 2H₂O(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CO₂(g)和H₂(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ΔH______（填“变大”“变小”或“不变”）。

（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)为原料合成甲醇的反应为CO(g) + 2H₂(g) ==== CH₃OH(g) 。该反应的ΔH为_____ kJ/mol。

Answer

C8H18(l) ＋ 25/2O2(g)＝8CO2(g) ＋ 9H2O(l) ΔH＝-5518 kJ/mol C8H18 汽车的加速性能相同的情况下，CO排放量低，污染小 1 mol CO2(g) + 3 mol H2(g) 不变 -91

【解析】

(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 CH3OH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)①CO2(g)和H2(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。

(1)在25℃、101 kPa时，1 mol C8H18(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：C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)△H=-5518 kJ•mol-1，故答案为：C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)△H=-5518 kJ•mol-1；

(2)假设质量均为1g，则1g CH3OH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C8H18(或辛烷)，故答案为：C8H18(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CO2(g)和H2(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 CO2(g) + 3 mol H2(g)，故答案为：1 mol CO2(g) + 3 mol H2(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)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，根据盖斯定律，将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，故答案为：-91。