Question

生物質(zhì)能是一種潔凈、可再生能源．生物質(zhì)氣（主要成分為 CO、CO₂、H₂ 等）與H₂混合，催化合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及許多烴類物質(zhì)等，是生物質(zhì)能利用的方法之一．
（1）已知碳的氣化反應(yīng)在不同溫度下平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）如下表：

氣化反應(yīng)式	1gK
	700K	900K	1200K
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）	-2.64	-0.39	1.58
C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）	-1.67	-0.03	1.44

反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），該反應(yīng)的△H

 

0（選填：“＞”、“＜”、“=”）；在900K時，該反應(yīng)平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）=

 

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（2）甲醇是一種重要的能源和化工原料，工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)為：CO+2H₂?CH₃OH．現(xiàn)已知：H₂（g）、CO（g）、CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．則：CH₃OH不完全燃燒生成CO和液態(tài)H₂O的熱化學(xué)反應(yīng)方程式

 

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（3）在一定溫度、壓強和催化條件下，工業(yè)上用CO和H₂反應(yīng)生成二甲醚，同時產(chǎn)生一種參與大氣循環(huán)的無機物．則該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

 

．
（4）下圖左為綠色電源“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖．a(chǎn)電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

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（5）連接下圖右裝置的電源為（4）問中的二甲醚燃料電池．接通電源一段時間后，觀察到裝置中電解質(zhì)溶液顏色由無色變?yōu)樗{色，并逐漸加深．則該裝置中的Cu電極應(yīng)與二甲醚燃料電池中

 

 電極（填a或b）相連．通電時發(fā)生反應(yīng)的總的離子反應(yīng)方程式為：

 

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Answer 1

考點：反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)電源新型電池

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,電化學(xué)專題

分析：（1）從表中數(shù)據(jù)看，隨溫度的升高，平衡常數(shù)的對數(shù)值增大，平衡常數(shù)也增大，然后利用蓋斯定律解題；
（2）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（3）工業(yè)上用CO和H₂反應(yīng)生成二甲醚，同時產(chǎn)生一種參與大氣循環(huán)的無機物，該無機物可能為二氧化碳或水，結(jié)合質(zhì)量守恒書寫化學(xué)方程式；
（4）a電極為燃料電池的負極，發(fā)生氧化反應(yīng)；
（5）電解質(zhì)溶液顏色由無色變?yōu)樗{色，可說明銅被氧化，則銅為電解池的陽極，以此解答．

解答： 解：（1）表中 C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）減去C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g） 可得方程式CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
相應(yīng)地第2個方程式的平衡常數(shù)除以第1個方程式的平衡常數(shù)得該反應(yīng)的平衡常數(shù)，則平衡常數(shù)的對數(shù)應(yīng)為：
700K時：-1.67-（-2.64）=0.97，
900K時：-0.03-（-0.39）=0.36，
可知隨溫度的升高，平衡常數(shù)的對數(shù)值減小，平衡常數(shù)也減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜； 0.36；
（2）已知CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）；△H=-443.5KJ/mol；
（3）工業(yè)上用CO和H₂反應(yīng)生成二甲醚，同時產(chǎn)生一種參與大氣循環(huán)的無機物，該無機物可能為二氧化碳或水，
該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+3H₂=（CH₃）₂O+CO₂或者2CO+4H₂=（CH₃）₂O+H₂O，
故答案為：3CO+3H₂=（CH₃）₂O+CO₂或者2CO+4H₂=（CH₃）₂O+H₂O；
（4）反應(yīng)本質(zhì)是二甲醚的燃燒，原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，二甲醚在負極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電．由圖可知，a極為負極，二甲醚放電生成二氧化碳與氫離子，a電極的電極反應(yīng)式為 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案為：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（5）電解質(zhì)溶液顏色由無色變?yōu)樗{色，可說明銅被氧化，則銅為電解池的陽極，應(yīng)連接電源的正極，即b極，而陰極生成氫氣，則通電時發(fā)生反應(yīng)的總的離子反應(yīng)方程式為Cu+2H⁺

電解  .

=Cu²⁺+H₂↑，
故答案為：b； Cu+2H⁺

電解  .

=Cu²⁺+H₂↑．

點評：本題綜合性較大，涉及反應(yīng)熱、化學(xué)平衡、原電池等，難度中等，（4）中電極反應(yīng)式書寫是易錯點，可以先寫出正極電極反應(yīng)式，利用總反應(yīng)式減正極反應(yīng)式即為負極反應(yīng)式．