Question

19．甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列問題：
（1）已知反應①中的相關(guān)的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：（其中CO中的碳氧鍵為C$\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O）

化學鍵	H-H	C-O	C$\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O	H-O	C-H
E/（kJ．mol-1）	436	343	1076	465	413

由此計算△H₁=-99kJ•mol^-1，已知△H₂=-58kJ•mol^-1，則△H₃=+41kJ•mol^-1．
（2）在25℃、101KPa下，每充分燃燒1g CH₃OH并恢復到原狀態(tài)，會釋放22.68KJ的熱量．請寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學反應方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1．
（3）利用CO₂與H₂反應還可合成二甲醚（CH₃OCH₃）．以KOH為電解質(zhì)溶液，組成二甲醚空氣燃料電池，該電池工作時其負極反應式是CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．
（4）常溫下，用二甲醚燃料電池電解600mL NaCl溶液，若消耗二甲醚0.23g，兩極共產(chǎn)生氣體1.344L（標準狀況），溶液的pH=13．
（5）若用二甲醚燃料電池電解CO制備CH₄和W，工作原理如圖所示，生成物WNaHCO₃是，其電解總離子方程式是4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；根據(jù)蓋斯定律：反應②-反應①=反應③，反應熱也進行相應的計算；
（2）依據(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，題干所給量計算32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱，結(jié)合熱化學方程式書寫方法，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應焓變；
（3）根據(jù)燃料電池為燃料作負極失電子發(fā)生氧化反應，結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫負極電極反應式；
（4）根據(jù)燃料電池的電極反應可知二甲醚與轉(zhuǎn)移電子數(shù)目的關(guān)系，利用電子守恒，結(jié)合反應2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑進行計算；
（5）由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此解答即可．

解答 解：（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，故△H₁=1076kJ．mol^-1+2×436kJ．mol^-1-（3×413+343+465）kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律：反應②-反應①=反應③，故△H₃=△H₂-△H₁=-58kJ．mol^-1-（-99kJ．mol^-1）=+41kJ．mol^-1，
故答案為：-99；+41；
（2）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.68kJ．32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量為725.76KJ；則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1；
（3）燃料電池為燃料作負極失電子發(fā)生氧化反應，又電解質(zhì)溶液為KOH，所以負極電極反應式為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（4）根據(jù)燃料電池的電極反應CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O可知消耗0.23g二甲醚可轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{0.23}{46}×12$mol=0.06mol，根據(jù)反應2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑可知，當轉(zhuǎn)移0.06mol電子時，產(chǎn)生NaOH的物質(zhì)的量為0.06mol，氯氣和氫氣的物質(zhì)的量各為0.03mol，所以兩極共產(chǎn)生氣體體積為0.03×2×22.4L=1.344L，NaOH的物質(zhì)的量濃度為0.06mol÷600mL=0.1mol/L，所以溶液的pH值為13，
故答案為：1.344L；13；
（5）由此電解原理可知，陽極失去電子生成二氧化碳氣體，加入碳酸鈉，碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，陰極CO得到電子生成甲烷氣體，據(jù)此離子反應方程式為：4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑，
故答案為：NaHCO₃；4CO+3CO₃^2-+5H₂O=6HCO₃^-+CH₄↑．

點評 本題考查反應熱有關(guān)計算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學平衡的影響因素、化學平衡圖象綜合應用等，側(cè)重考查學生分析計算能力，需要學生具備扎實的基礎(chǔ)，難度中等．