Question

【題目】2009年10月1日，我國成功舉辦國慶六十年閱兵活動。其中閱兵儀式上9輛電動車與混合動力車等新能源車輛的亮相，展示了綜合國力、國防科技發展水平。同時也說明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) ΔH1

反應Ⅱ： CO2(g) ＋ 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2

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ΔH1 0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。

③某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c(CO)＝ 0.2 mol/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：

① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH1＝－1275.6 kJ/mol

② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH2＝－566.0 kJ/mol

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ/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，

①設計如圖所示的電池裝置。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，該電池總反應的化學方程式為

。

Answer 1

【答案】（1）① I ②＜ ③ 80% 250℃

（2） CH3OH(l)+ O2(g) ＝ CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol

（3）① O2+ 2H2O + 4e-= 4OH-

② 2CH3OH + 3O2+ 4OH-= 2CO32-+ 6H2O

【解析】

（1）①反應I只生成甲醇，符合綠色化學思想，原子利用率100%；

②由表中數據可知隨溫度的升高，K逐漸減小，說明平衡左移，即正反應是放熱反應，ΔH1＜0；

③ CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g)

初c: 1 3 0

△c: 0.8 1.6 0.8

平c: 0.2 1.4 0.8

則CO的轉化率為=80%；K==2.041，比照表中數據可知，溫度為250℃；

（2）已知：① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH1＝－1275.6 kJ/mol

② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH2＝－566.0 kJ/mol

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ/mol

根據蓋斯定律，由①×-②×+③×2得反應CH3OH(l)+ O2(g) ＝ CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝﹣442.8 kJ∕mol；

（3）①該燃料電池中，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，電極反應式為O2+ 2H2O + 4e-=4OH-；

②得失電子相等條件下，將電極反應式相加即得電池反應式，所以得電池反應式為2CH3OH + 3O2+ 4OH-= 2CO32-+ 6H2O。