Question

甲醇（CH₃OH）和二甲醚（CH₃OCH₃）被稱為21世紀的新型燃料，具有廣泛的開發和應用前景．以CH₄和H₂O為原料制備二甲醚和甲醇的工業流程如下：

請填空：
（1）工業上一般采用下列兩種反應成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
上述反應符合“原子經濟”原則的是______（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
（2）在一定條件下，已知反應室2的可逆反應除生成二甲醚外還生成了氣體CO₂，其化學方程式為______．
（3）若利用水煤氣合成二甲醚的三步反應如下：
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
則反應：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=______kJ/mol．
（4）某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計如圖1所示的電池裝置．則該電池正極的電極反應為：______．

（5）甲醇質子交換膜燃料電池（如圖2所示）是以酸性溶液為電解質溶液，甲醇從一個電極通入，O₂從另一電極通入，中間為質子交換膜，通入甲醇的一極電極反應式為：______．

Answer 1

（1）化合反應的原子利用率最高，為100%，故答案為：Ⅰ；
（2）已知反應室2的可逆反應除生成二甲醚外還生成了氣體CO₂，其化學方程式為3CO+3H₂?CH₃OCH₃+CO₂，故答案為：3CO+3H₂?CH₃OCH₃+CO₂；
（3）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
依據蓋斯定律②+③+①×2得到3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4KJ/mol；
則反應熱化學方程式為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4KJ/mol
故答案為：-246.4；
（4）甲醇燃燒的反應原理是：正極反應一定是氧氣得電子的過程，在堿性環境下，得到氫氧根離子，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
（5）以酸性溶液為電解質溶液，甲醇從一個電極通入，O₂從另一電極通入，中間為質子交換膜，通入甲醇的一極電極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂．