Question

【題目】能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景。

(1)工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：

反應Ⅰ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1

反應Ⅱ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H2

①上述反應符合“原子經濟”原則的是________(填“I”或“Ⅱ”)；

②下表所列數據是反應I在不同溫度下的化學平衡常數(K)

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數據判斷△H1________0 (填“＞”、“=”或“＜”)；

③某溫度下，將2mol CO和6mol H2充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c(CO)=0.2mol/L，則CO的轉化率為________，此時的溫度為________(從上表中選擇)；

(2)已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H=﹣1275.6kJ/mol

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=﹣566.0kJ/mol

③H2O(g)=H2O(l) △H=﹣44.0kJ/mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：___________；

(3)某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計如圖所示的電池裝置。

①該電池正極的電極反應為___________；

②工作一段時間后，測得溶液的pH減小，該電池總反應的離子方程式為___________。

Answer 1

【答案】Ⅰ ＜ 80% 250℃ CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=﹣442.8kJ∕mol O2+2H2O+4e﹣=4OH﹣ 2CH3OH+3O2+4OH﹣=2CO32﹣+6H2O

【解析】

(1)①根據“原子經濟”的概念分析判斷；②根據溫度對平衡移動的影響分析判斷；③利用三段式計算各自組分物質的量變化量、平衡時的物質的量，依據轉化率概念計算CO的轉化率；根據濃度計算出平衡常數，再判斷溫度；

(2)根據蓋斯定律計算書寫熱化學方程式；

(3)堿性甲醇燃料電池中，負極上CH3OH發生氧化反應，正極上氧氣發生還原反應，據此書寫電極反應式和總反應式。

①“原子經濟”是指在化學品合成過程中，所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中，分析反應可知，反應Ⅰ符合“原子經濟”，故答案為：Ⅰ；

②由表數據可知，溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向進行，逆反應是吸熱反應，正反應放熱反應，即△H1＜0，故答案為：＜；

③按反應Ⅰ充分反應達到平衡后，測得c(CO)=0.2mol/L，CO的物質的量為0.4mol；

CO (g)+2H2 (g)CH3OH (g)

起始量(mol) 2 6 0

變化量(mol) 1.6 3.2 1.6

平衡量(mol) 0.4 2.8 1.6

CO的轉化率=×100%=80%，此時的平衡常數為：K=≈2.041，所以溫度為250℃，故答案為：80%；250℃；

(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g) △H1=-1 275.6kJmol-1，②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g) △H2=-566.0kJmol-1，③H2O(g)═H2O(l) △H3=-44.0kJmol-1，根據蓋斯定律，由[①-②+③×4]得CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l) △H=-442.8kJ/mol，故答案為：CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(l) △H=-442.8kJ/mol；

(3)①堿性甲醇燃料電池中，負極發生氧化反應，電極反應式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，正極發生還原反應，電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案為：O2+2H2O+4e-=4OH-；

②根據①的分析，該電池工作時，總反應式為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，故答案為：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。