Question

5．甲醇是一種重要的化工原料，在化工領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用．
（1）由合成氣（組成為H₂、CO和少量CO₂）直接制備甲醇，其主要過程包括以下2個反應(yīng)：
Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1
①與反應(yīng)Ⅱ比較，采用反應(yīng)Ⅰ制備甲醇的優(yōu)點是無副產(chǎn)物生成，原子利用率高．
②CO（g）與H₂O （g）生成CO₂（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1．
③圖1示意圖中，能正確表示利用反應(yīng)Ⅱ原理制備甲醇的反應(yīng)過程中能量變化的是A（填序號）．

（2）甲醇燃料電池由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注．其工作原理如圖2所示：
①負極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
②若該電池中消耗6.4g甲醇，則轉(zhuǎn)移1.2mol電子．
（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脫氮工藝進行處理，在硝化細菌的作用下將NH₄⁺最終氧化為HNO₃，然后加入CH₃OH，得到兩種無毒氣體．寫出加入CH₃OH后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O．

Answer 1

分析 （1）①從原子利用率角度來解答；
②Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1，Ⅰ-Ⅱ得，CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1，據(jù)此進行分析；
③根據(jù)②中分析可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，由于氣態(tài)物質(zhì)的能量高于液態(tài)物質(zhì)，故生成液態(tài)產(chǎn)物放出的熱量更多；
（2）①甲醇燃料電池，電解質(zhì)為酸，由氫離子向正極移動可知，a為負極，甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)方程式；
②結(jié)合電極反應(yīng)及轉(zhuǎn)移電子計算；
（3）據(jù)題意書寫離子方程式．

解答 解：（1）①相對反應(yīng)A，采用反應(yīng)B制備甲醇的優(yōu)點是原子利用率為100%，符合原子經(jīng)濟和綠色化學(xué)的思想，
故答案為：無副產(chǎn)物生成，原子利用率高；
②Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1，Ⅰ-Ⅱ得，CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1，
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1；
③根據(jù)②中分析可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，由于氣態(tài)物質(zhì)的能量高于液態(tài)物質(zhì)，故生成液態(tài)產(chǎn)物放出的熱量更多，圖象中A符合，
故答案為：A；
（2）①根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負極反應(yīng)式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②6.4g甲醇相當(dāng)于$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol甲醇，據(jù)電極反應(yīng)方程式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，1molCH₃OH轉(zhuǎn)移6mol電子，故0.2molCH₃OH轉(zhuǎn)移1.2mol電子，
故答案為：1.2；
（3）在硝化細菌的作用下將NH₄⁺最終氧化為HNO₃，然后加入CH₃OH，得到兩種無毒氣體，故加入CH₃OH后發(fā)生反應(yīng)的離子方程式6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O，
故答案為：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫、燃料電池電極反應(yīng)式的書寫以及氧化還原反應(yīng)的書寫，本題難度中等．