Question

以甲烷（CH₄）、合成氣（CO和H₂）、CO₂、甲醇（CH₃OH）、甲醛（HCHO）等為初始反應物可以反應合成一系列重要的化工原料和燃料．其中作為初始反應物的甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應符合“原子經濟”原則的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
②下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數(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，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為

 

，此時的溫度為

 

℃（從上表中選擇）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式

 

．
（3）2009年10月，中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖所示．
①該電池工作時，c口通入的物質為

 

；該電池負極的電極反應式為：

 

．
②工作一段時間后，當6.4g甲醇完全反應生成CO₂時，有

 

N_A個電子轉移．
③若該電池通入O₂的量為1L（標準狀況），且反應完全，則用此電池來電解NaCl溶液（惰性電極），最多能產生Cl₂的體積為

 

L（標準狀況）．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①“原子經濟”原則是：原子經濟性是綠色化學以及化學反應的一個專有名詞．綠色化學的“原子經濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中；
②依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析，結合平衡移動原理分析熱量變化；
③依據(jù)化學平衡的三段式列式計算，依據(jù)轉化率概念計算得到；根據(jù)濃度計算出平衡常數(shù)，再判斷溫度；
（2）根據(jù)熱化學方程式利用蓋斯定律計算反應熱并書寫熱化學方程式；
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，發(fā)生失電子的氧化反應，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應；
②根據(jù)電極反應以及電子守恒來計算轉移電子的量；
③根據(jù)電子守恒找出氧氣與氯氣的關系式，據(jù)此計算出標況下氯氣的體積．

解答： 解：（1）①“原子經濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中；
分析反應可知反應Ⅰ符合，
故答案為：Ⅰ；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向放熱反應，故答案為：＜；
③按反應Ⅰ充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，物質的量為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的轉化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，
此時的平衡常數(shù)為：K=

1.6 2

0.4 2 ×( 2.8 2 )2

≈2.041，所以溫度為250℃，
故答案為：80%；250；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
利用蓋斯定律將

①-②

2

+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5 kJ∕mol；
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，氧氣作正極，電解質中的陽離子移向正極，所以c口通入的物質為氧氣，b口通入的物質為甲醇；負極甲醇除去電子生成二氧化碳，電極反應式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：O₂；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
②當6.4g即0.2mol甲醇完全反應生成CO₂時，根據(jù)總反應：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，轉移電子1.2mol，即個數(shù)為1.2N_A，
故答案為：1.2；
③1mol氧氣完全反應得到4mol電子，生成1mol氯氣需要失去2mol電子，氧氣與氯氣的關系式為：O₂～2Cl₂，所以消耗標況下1L氧氣會得到2L氯氣，
故答案為：2．

點評：本題考查了化學平衡的有關計算、熱化學方程式的書寫、電解池原理等知識點，題目難度較大，本題是一道較綜合知識題目，試題考查的角度較廣，注意掌握電解原理，能夠根據(jù)蓋斯定律書寫熱化學方程式．