Question

甲醇是一種重要的化工原料，在生產中有著重要的應用．工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應有：
（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3kJ?mol^-1
（Ⅱ）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ?mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
（1）用CH₄和O₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為

 

．
（2）400℃時，向4L恒容密閉容器中通入6molCO₂和6molCH₄，發(fā)生反應（Ⅰ），平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為

1

4

，則400℃時該反應的平衡常數(shù)K=

 

．若溫度升高至500℃，則反應（Ⅰ）的平衡常數(shù)K會

 

（填“增大”或“減小”）．
（3）工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應的熱化學方程式為：CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ?mol^-1，科研人員對該反應進行了研究，部分研究結果如下：

①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應選擇的壓強是

 

（填“3.5×10⁶Pa”、“4.0×10⁶Pa”或“5.0×10⁶Pa”）．
②實際工業(yè)生產中采用的溫度是80℃，其理由是

 

．
（4）直接甲醇燃料電池（簡稱DMFC）由于其結構簡單，能量轉化率高、對環(huán)境無污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關注．DMFC的工作原理如圖2所示，通入a氣體的電極時電池的

 

（填“正”或“負”），其電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：用化學平衡常數(shù)進行計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學平衡的影響因素,電解原理

專題：

分析：（1）根據蓋斯定律計算書寫熱化學方程式；
（2）根據平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為

1

4

，利用三段式計算出平衡時各組分的含量，計算平衡常數(shù)，反應是吸熱反應，升溫平衡正向進行；
（3）①依據轉化率曲線分析判斷；
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答；
（4）根據圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，根據氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應．

解答： 解：（1）根據（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ?mol^-1
（Ⅱ）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ?mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ?mol^-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H，故△H=2△H₁+2△H₂+△H₃=（+247.3kJ?mol^-1）×2+（-90.1kJ?mol^-1）×2+（-566.0kJ?mol^-1）=-251.6kJ?mol^-1，所以用CH₄和O₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ?mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ?mol^-1；
（2）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
起始（mol） 6        6         0       0
變化（mol） x        x         2x      2x
平衡（mol）6-x       6-x       2x      2x
平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為

1

4

，所以6-x=2x，解得x=2，
則此溫度下該反應的平衡常數(shù)X=

c2(CO)c2(H2)

c(CH4)c(CO2)

=

( 4 4 )2×( 4 4 )2

4 4 × 4 4

=1，
反應是吸熱反應，升溫平衡正向進行，若溫度升高至500℃，則反應（Ⅰ）的平衡常數(shù)K會增大；
故答案為：1；增大；
（3）①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看，圖象中轉化率變化最大的是4.0×10⁶Pa，
故答案為：4.0×10⁶Pa；
②依據圖象分析溫度在高于80°C對反應速率影響不大，反應是放熱反應，溫度過高，平衡逆向進行，不利于轉化率增大，
故答案為：高于80℃時，溫度對反應速率影響較小，且反應放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉化率降低；
（4）根據圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，根據氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應，負極反應式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：負；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

點評：本題考查了蓋斯定律的應用、熱化學方程式的計算書寫、化學平衡的計算、圖象分析判斷以及電化學的知識等，注意掌握基礎知識的掌握，題目難度中等．