Question

【題目】甲胺鉛碘（CH3NH3PbI3）用作全固態(tài)鈣鈦礦敏化太陽(yáng)能電池的敏化劑，可由CH3NH2、PbI2及HI為原料合成，回答下列問(wèn)題：

（1）制取甲胺的反應(yīng)為CH3OH（g）＋NH3（g）CH3NH2（g）＋H2O（g）　ΔH。已知該反應(yīng)中相關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下：

共價(jià)鍵	C—O	H—O	N—H	C—N	C—H
鍵能/kJ·mol－1	351	463	393	293	414

則該反應(yīng)的ΔH＝____kJ·mol－1。

（2）上述反應(yīng)中所需的甲醇工業(yè)上利用水煤氣合成CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH<0。在一定條件下，將1 mol CO和2 mol H2通入密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)改變某一外界條件（溫度或壓強(qiáng)）時(shí)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ（CH3OH）變化趨勢(shì)如圖所示：

①平衡時(shí)，M點(diǎn)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為10%，則CO的轉(zhuǎn)化率為___。

②X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)____ （填“大”或“小”）。某同學(xué)認(rèn)為上圖中Y軸表示溫度，你認(rèn)為他判斷的理由是_________________。

（3）工業(yè)上可采用CH3OHCO+2H2 來(lái)制取高純度的CO和H2。我國(guó)學(xué)者采用量子力學(xué)方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，研究了在鈀基催化劑表面上甲醇制氫的反應(yīng)歷程，其中吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。

甲醇（CH3OH）脫氫反應(yīng)的第一步歷程，有兩種可能方式：

方式 A：CH3OH* →CH3O* ＋H* Ea= +103.1kJ·mol-1

方式 B：CH3OH* →CH3* ＋OH* Eb= +249.3kJ·mol-1

由活化能E值推測(cè)，甲醇裂解過(guò)程主要?dú)v經(jīng)的方式應(yīng)為___（填A、B）。

下圖為計(jì)算機(jī)模擬的各步反應(yīng)的能量變化示意圖。

該歷程中，放熱最多的步驟的化學(xué)方程式為________。

（4）PbI2與金屬鋰以LiI-Al2O3固體為電解質(zhì)組成鋰碘電池，其結(jié)構(gòu)示意圖如下，電池總反應(yīng)可表示為：2Li+PbI2=2LiI+Pb，則b極上的電極反應(yīng)式為：_____。

（5）CH3NH2的電離方程式為CH3NH2+H2OCH3NH3++OH-電離常數(shù)為kb，已知常溫下pkb=-lgkb=3.4，則常溫下向CH3NH2溶液滴加稀硫酸至c（CH3NH2）=c（CH3NH3+）時(shí)，溶液pH=______。

Answer 1

【答案】-12 25% 小 隨著Y值的增大，φ（CH3OH）減小，平衡CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g）向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，故Y為溫度 A CHO*＋3H*=CO*＋4H*（或CHO*=CO*＋H*） PbI2+2e-=Pb+2I- 或PbI2+2e-+2Li+=Pb+2LiI 10.6

【解析】

(1)反應(yīng)熱等于反應(yīng)物總鍵能減去生成物總鍵能，則CH3OH(g)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)的△H=[351+414×3+463+393×3-(414×3+293+393×2-463×2)]kJ/mol=-12kJ/mol；

(2)①初始投料為1 mol CO和2 mol H2，設(shè)轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為x，列三段式有：

CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為10%，則有=10%，解得x=0.25mol，所以CO的轉(zhuǎn)化率為=25%；

②X表示壓強(qiáng)，該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)也越大，b點(diǎn)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)大于a點(diǎn)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)，則X軸上a點(diǎn)的數(shù)值比b點(diǎn)�。挥蓤D可知，隨著Y值減小，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)增大，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)也越大，故Y表示溫度；

(3)方式A所需活化能更低，反應(yīng)速率更快，更容易進(jìn)行，所以甲醇裂解過(guò)程主要?dú)v經(jīng)的方式應(yīng)為A；由圖象可知，相對(duì)能量從112降至-65時(shí)，放出的熱量最多，放熱最多的步驟的化學(xué)方程式為CHO*+3H*=CO*+4H*(或CHO*=CO*+H*)；

(4)根據(jù)電池總反應(yīng)可知Li被氧化，應(yīng)為負(fù)極，則b即正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)可知電極反應(yīng)為PbI2+2e-=Pb+2I- 或PbI2+2e-+2Li+=Pb+2LiI；

(5)根據(jù)題意kb==10-3.4，所以當(dāng)c(CH3NH2)=c(CH3NH3+)時(shí)，溶液中c(OH-)=10-3.4mol/L，則c(H+)=10-10.6mol/L，所以pH=10.6。