Question

12．甲醇是一種重要化工原料，又是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景．
（1）已知：CH₃OH（g）═HCHO（g）+H₂（g）△H=+84kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ•mol^-1
工業(yè)上常以甲醇為原料制取甲醛，請(qǐng)寫出CH₃OH（g）與O₂（g）反應(yīng)生成HCHO（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式：2CH₃OH（g）+O₂（g）=2HCHO（g）+2H₂O（g）△H=-316kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上可用如下方法合成甲醇，化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	O-H
鍵能/kJ•mol-1	348	413	436	358	x	463

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①該反應(yīng)的△S＜（填“＞”或“＜”）0．圖1中曲線a到曲線b的措施是加入催化劑．
②已知CO中的C與O之間為三鍵，其鍵能為x kJ•mol^-1，則x=1097．
（3）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機(jī)電池，可使手機(jī)連續(xù)使用一個(gè)月才充一次電．
①該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200mL含有如表離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol•L-1	0.5	2	2	0.5

電解一段時(shí)間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相同條件下）的氣體時(shí)（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象）陽(yáng)極上收集到氧氣的質(zhì)量為3.2g．
（4）電解水蒸氣和CO₂產(chǎn)生合成氣（H₂+CO）．較高溫度下（700～1 000℃），在SOEC兩側(cè)電極上施加一定的直流電壓，H₂O和CO₂在氫電極發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生O^2-，O^2-穿過(guò)致密的固體氧化物電解質(zhì)層到達(dá)氧電極，在氧電極發(fā)生氧化反應(yīng)得到純O₂．由圖2可知A為直流電源的負(fù)極（填“正極”或“負(fù)極”），請(qǐng)寫出以H₂O為原料生成H₂的電極反應(yīng)式：H₂O+2e^-=H₂↑+O^2-．

Answer 1

分析 （1）已知：①CH₃OH（g）=HCHO（g）+H₂（g）△H=+84kJ/mol；②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，可利用蓋斯定律將2×①+②得到CH₃OH（g）與O₂（g）反應(yīng)生成HCHO（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式；
（2）①據(jù)反應(yīng)前后氣體總物質(zhì)的量的變化分析；曲線a到曲線b，活化能降低，可加入催化劑；
②依據(jù)化學(xué)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和來(lái)分析；
（3）①甲醇燃料電池中正極上氧氣得電子生成二氧化碳，甲醇在負(fù)極失電子，堿溶液中生成碳酸鹽；
②電解原理：陰極上顯示銅離子得電子，然后是氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，在陽(yáng)極上是氯離子失電子的反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣，然后是氫氧根離子失電子產(chǎn)生氧氣，一段時(shí)間后，當(dāng)兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時(shí)，根據(jù)電子守恒計(jì)算陽(yáng)極上收集到氧氣的質(zhì)量；
（4）由圖示可知A極水、二氧化碳生成氫氣、CO，應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極反應(yīng)．

解答 解：（1）已知：①CH₃OH（g）=HCHO（g）+H₂（g）△H=+84kJ/mol；②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，將2×①+②得到CH₃OH（g）與O₂（g）反應(yīng)生成HCHO（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為2CH₃OH（g）+O₂（g）=2HCHO（g）+2H₂O（g）△H=-316 kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₃OH（g）+O₂（g）=2HCHO（g）+2H₂O（g）△H=-316 kJ•mol^-1；
（2）2CH₃OH（g）+O₂（g）=2HCHO（g）+2H₂O（g），這是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，故△S＜0；曲線a到曲線b，活化能降低，應(yīng)為加入催化劑；
故答案為：＜；加入催化劑；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）的焓變=反應(yīng)物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，設(shè)CO中碳氧鍵的鍵能為X，結(jié)合圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能，則△H═X+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=（419-510）kJ•mol^-1=-91kJ•mol^-1，解得：X=1097KJ/mol，
故答案為：1097；
（3）①燃料電池，電池的一個(gè)電極通 入空氣，另一個(gè)電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是氫氧化鈉溶液，根據(jù)原電池原理，負(fù)極電極反應(yīng)是CH₃OH失去電子生成CO₃^2-：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
②陰極上顯示銅離子得電子，Cu²⁺+2e^-=Cu，200mL0.5mol/L的銅離子得電子物質(zhì)的量是0.2mol，然后是2H⁺+2e^-=H₂↑，在陽(yáng)極上是0.4mol氯離子失電子的反應(yīng)，產(chǎn)生氯氣0.2mol，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，轉(zhuǎn)移電子是0.4mol，然后是氫氧根離子失電子產(chǎn)生氧氣，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，當(dāng)兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時(shí)，假設(shè)產(chǎn)生氧氣的物質(zhì)的量是x，在陽(yáng)極上產(chǎn)生氣體是（0.2+x）mol，根據(jù)電子守恒，得到0.4+4x=0.2+2（0.2+x），解得x=0.1mol，即陽(yáng)極上收集到氧氣的質(zhì)量為3.2 g，
故答案為：3.2 g；
（4）由圖示可知A極水、二氧化碳生成氫氣、CO，應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極反應(yīng)，則A為電源的負(fù)極，生成氫氣的反應(yīng)為H₂O+2e^-=H₂↑+O^2-，
故答案為：負(fù)極；H₂O+2e^-=H₂↑+O^2-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)熱與焓變、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及電解等知識(shí)，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，注意把握反應(yīng)熱的計(jì)算以及電解的工作原理，難度中等．