Question

【題目】甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景。

(1)已知：CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g)　 ΔH=+84 kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　 ΔH=-484 kJ·mol-1

工業上常以甲醇為原料制取甲醛，請寫出CH3OH(g)與O2(g)反應生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學方程式：___。

(2)工業上可用如下方法合成甲醇，化學方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，已知某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	O—H
鍵能/ kJ·mol-1	348	413	436	358	x	463

請回答下列問題

①該反應的ΔS____(填“>”或“<”)0。右圖中曲線a到曲線b的措施是_______。

②已知CO中的C與O之間為三鍵，其鍵能為xkJ·mol-1，則x=____。

(3)由甲醇、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續使用一個月才充一次電。①該電池負極的電極反應式為__。

②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200 mL含有如下離子的溶液。

離子	Cu2+	H+	Cl	SO42－
c/mol·L-1	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積(相同條件下)的氣體時(忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶解現象)陽極上收集到氧氣的質量為____。

(4)電解水蒸氣和CO2產生合成氣(H2+CO)。較高溫度下(700~1 000℃)，在SOEC兩側電極上施加一定的直流電壓，H2O和CO2在氫電極發生還原反應產生O2，O2穿過致密的固體氧化物電解質層到達氧電極，在氧電極發生氧化反應得到純O2。由上圖可知A為直流電源的____(填“正極”或“負極”)，請寫出以H2O為原料生成H2的電極反應式：_______。

Answer 1

【答案】2CH3OH(g) + O2(g) =2HCHO(g) + 2H2O(g) ΔH= -316 kJ·mol-1 <加入催化劑1097CH3OH-6e- + 8OH- =CO32- + 6H2O3.2 g負極H2O + 2e- = H2↑ + O2-

【解析】

（1）①CH3OH(g)=HCHO(g)＋H2(g)，②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)，2×①＋②得出：2CH3OH(g) + O2(g) =2HCHO(g) + 2H2O(g) ΔH= -316 kJ·mol-1；（2）①反應前氣體系數之和大于反應后氣體系數之和，因此此反應是熵減，即△S<0，a→b活化能降低，因此使用催化劑，催化劑降低活化能；②根據△H和鍵能的關系，即△H=x＋2×436－(3×413＋358＋463)=(419－510)kJ·mol－1，解得x=1097；（3）①構成的是燃料電池，通氧氣一極為正極，通甲醇一極為負極，環境是堿性，OH－參與負極反應，甲醇轉化成CO32－和OH－，因此負極反應式為CH3OH＋8OH－－6e－=CO32－＋6H2O；②根據電解原理，Cu2＋的放電順序大于H＋，因此第一階段陰極反應式Cu2＋＋2e－=Cu，Cl－放電順序大于OH－，因此陽極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，n(Cu2＋)=200×10－3×0.5mol=0.1mol，根據轉移電子守恒，陽極上失去電子為0.2mol，則消耗n(Cl－)=0.2mol，生成Cl2的物質的量為0.1mol，此時剩余Cl－的物質的量為(200×10－3×2－0.2)mol=0.2mol，兩極都收集到氣體，第二階段陰極反應式：2H＋＋2e－=H2↑，假設陽極反應式只有2Cl－－2e－=Cl2↑，0.2molCl－全部放電，轉移電子物質的量為0.2mol，得到氯氣的物質的量為0.1mol，因此陰極上產生氫氣的物質的量為0.1mol，陰陽兩極產生氣體的物質的量不等，陰極上4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，設此時陰極上有xmolH2產生，轉移電子為2x，產生氧氣物質的量2x/4mol=x/2mol，兩極產生氣體的物質的量相等，因此有0.1＋x=0.2＋x/2，解得x=0.2mol，產生氧氣的質量為0.2×32/2g=3.2g；（4）根據電解原理，陰離子向陽極移動，因此A為作負極，B為正極，根據示意圖，H2O在陰極上得電子，轉化成H2和O2－，電極反應式為H2O＋2e－=H2↑＋O2－。