Question

20．甲醇與甲醚（CH₃OCH₃）都可作燃料電池的燃料．
（1）有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法．己知：
CO₂ （g）+3H₂（g）?CH₃OH （g）+H₂O （1）△H=-akJ/mol；
CH₃OH （g）=CH₃OH （1）△H=-bkJ/mol；
2H₂ （g）+O₂（g）=2H₂O （1）△H=-ckJ/mol；
則表示CH₃OH （1）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c-a-b）kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上利用H₂和CO₂合成甲醚的反應(yīng)如下，6H₂（g）+2CO₂ （g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O （g）△H＜0；
①一定溫度下，在一個(gè)固定體積的密閉容器中進(jìn)行該反應(yīng)，下列能判斷反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是AD（選填編號(hào)，注意大小寫）．
A．c（H₂）與c （H₂O）的比值保持不變     B．單位時(shí)間內(nèi)有2molH₂消耗時(shí)，有1molH₂O生成
C．容器中氣體密度不再改變          D．容器中氣體壓強(qiáng)不再改變
②溫度升高，該化學(xué)平衡移動(dòng)后，達(dá)到新的平衡，CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變小（讀“變大”、“變小”或“不變’’）．
（3）以甲醚、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池．該電池的負(fù)極反應(yīng)式的其中一個(gè)產(chǎn)物是CO₃^2-，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的負(fù)極反應(yīng)式CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（4）用（3）中的燃料電池為電源，以石墨為電極電解500mLNaCl溶液，裝置如圖所示，請(qǐng)寫出電解過(guò)程中Y電極附近觀察到的現(xiàn)象是Y電極附近溶液中有氣體產(chǎn)生，上部分呈黃綠色；當(dāng)燃料電池消耗2.8LO₂ （標(biāo)準(zhǔn)狀況下）時(shí)，計(jì)算此時(shí)：NaCl溶液中C（OH^-）=1mol/L （假設(shè)溶液的體積不變，氣體全部從溶液中逸出）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，用三個(gè)熱化學(xué)方程式相互加減可得；
（2）①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度、含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進(jìn)行判斷．
②根據(jù)反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，據(jù)此判斷CH₃OCH₃的產(chǎn)率；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，原電池反應(yīng)比直接燃燒能量轉(zhuǎn)化率高；
（4）惰性電極電解飽和食鹽水，Y電極是陽(yáng)極，溶液中氯離子失電子生成氯氣；依據(jù)原電池和電解池中存在的電子守恒結(jié)合電極反應(yīng)計(jì)算溶液中氫氧根離子濃度．

解答 解：（1）據(jù)蓋斯定律
①CO₂ （g）+3H₂（g）?CH₃OH （g）+H₂O （1）△H=-akJ/mol；
②CH₃OH （g）=CH₃OH （1）△H=-bkJ/mol；
③2H₂ （g）+O₂（g）=2H₂O （1）△H=-ckJ/mol
用反應(yīng)③×$\frac{3}{2}$-（①+②）可得CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c-a-b）kJ•mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（$\frac{3}{2}$c-a-b）kJ•mol^-1；
（2）①A．在反應(yīng)達(dá)平衡前，c（H₂）與c（H₂O）的比值在變小，故當(dāng)c（H₂）與c（H₂O）的比值保持不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，故A選；
B．單位時(shí)間內(nèi)有2mol H₂消耗時(shí)一定會(huì)有1mol H₂O生成，故不能作為平衡的標(biāo)志，故B不選；
C．本反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物全是氣體，根據(jù)質(zhì)量守恒可知，在反應(yīng)過(guò)程中氣體的質(zhì)量一直不變，而又是恒容的容器，即氣體體積不變，故氣體密度ρ=$\frac{m}{V}$一直不變，故密度不變不能作為平衡的標(biāo)志，故C不選；
D．此反應(yīng)是個(gè)氣體的物質(zhì)的量有改變的反應(yīng)，即在平衡之前，容器中氣體的物質(zhì)的量和壓強(qiáng)在變化，故當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)平衡，故D選．
故答案為：AD；
②反應(yīng)放熱，故升高溫度，平衡左移，故CH₃OCH₃的產(chǎn)率將變小；故答案為：變��；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醚在負(fù)極放電，堿性條件下生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O，
故答案為：CH₃OCH₃+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+11H₂O；
（4）電解池中Y電極為陽(yáng)極，溶液中氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，現(xiàn)象是冒氣泡，上部溶液呈黃綠色；
當(dāng)燃料電池消耗2.8LO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）物質(zhì)的量=$\frac{2.8L}{22.4L/mol}$=0.125mol，電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電子轉(zhuǎn)移為0.5mol，電解池中陰極電極反應(yīng)為2H⁺+2e^-=H₂↑，依據(jù)電子守恒溶液中增加氫氧根離子物質(zhì)的量和減少的氫離子物質(zhì)的量守恒，則溶液中氫氧根離子濃度=$\frac{0.5mol}{0.5L}$=1mol/L；
故答案為：Y電極附近溶液中有氣體產(chǎn)生，上部分呈黃綠色；1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)熱與焓變、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、原電池反應(yīng)、電解池反應(yīng)原理的應(yīng)用判斷，題目難度中等，明確化學(xué)平衡狀態(tài)的特征為解答關(guān)鍵，注意掌握反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系及應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．