Question

【題目】能源短缺是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大問(wèn)題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。

(1)工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：

反應(yīng)Ⅰ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1

反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H2

①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是________(填“I”或“Ⅱ”)；

②下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)I在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H1________0 (填“＞”、“=”或“＜”)；

③某溫度下，將2mol CO和6mol H2充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為________，此時(shí)的溫度為________(從上表中選擇)；

(2)已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H=﹣1275.6kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=﹣566.0kJ/mol

③H2O(g)=H2O(l) △H=﹣44.0kJ/mol

寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：___________；

(3)某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的電池裝置。

①該電池正極的電極反應(yīng)為___________；

②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的離子方程式為___________。

Answer 1

【答案】Ⅰ ＜ 80% 250℃ CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442.8kJ∕mol O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ 2CH3OH+3O2+4OH﹣=2CO32﹣+6H2O

【解析】

(1)①根據(jù)“原子經(jīng)濟(jì)”的概念分析判斷；②根據(jù)溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響分析判斷；③利用三段式計(jì)算各自組分物質(zhì)的量變化量、平衡時(shí)的物質(zhì)的量，依據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)濃度計(jì)算出平衡常數(shù)，再判斷溫度；

(2)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；

(3)堿性甲醇燃料電池中，負(fù)極上CH3OH發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。

①“原子經(jīng)濟(jì)”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中，分析反應(yīng)可知，反應(yīng)Ⅰ符合“原子經(jīng)濟(jì)”，故答案為：Ⅰ；

②由表數(shù)據(jù)可知，溫度升高，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)放熱反應(yīng)，即△H1＜0，故答案為：＜；

③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)=0.2mol/L，CO的物質(zhì)的量為0.4mol；

CO (g)+2H2 (g)CH3OH (g)

起始量(mol) 2 6 0

變化量(mol) 1.6 3.2 1.6

平衡量(mol) 0.4 2.8 1.6

CO的轉(zhuǎn)化率=×100%=80%，此時(shí)的平衡常數(shù)為：K=≈2.041，所以溫度為250℃，故答案為：80%；250℃；

(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g) △H1=-1 275.6kJmol-1，②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g) △H2=-566.0kJmol-1，③H2O(g)═H2O(l) △H3=-44.0kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律，由[①-②+③×4]得CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l) △H=-442.8kJ/mol，故答案為：CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l) △H=-442.8kJ/mol；

(3)①堿性甲醇燃料電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案為：O2+2H2O+4e-=4OH-；

②根據(jù)①的分析，該電池工作時(shí)，總反應(yīng)式為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，故答案為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。