Question

（13分）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(CH₃OH)＝ 0.8 mol／L，則CO的轉化率為        ，此時的溫度為        （從上表中選擇）。

④恒溫、恒容時，下列情況不能說明反應I已經達到化學平衡狀態的是________________。

a、容器各物質的濃度保持不變；        b、容器內壓強保持不變；

c、υ(CO)消耗==1/2υ(H₂)生成 　      d 、容器內的密度保持不變

（2）25℃、101kPa時，燃燒16g液體甲醇生成CO₂和H₂O(l)，放出的熱量為363.26kJ，寫出甲醇燃燒的熱化學方程式：                          。

（3）某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計一個燃料電池電解Na₂SO₄溶液(圖如下)。請根據圖示回答下列問題：

① 通入甲醇蒸氣的電極應為        極（填寫“正”或“負”），    該電極上發生的電極反應是        （填字母代號）。

a.2CH₃OH —12 e^- +3O₂ ===  2CO₂ + 4 H₂O 

b.CH₃ OH—6 e^- + 8 OH^-  === CO₃^2- + 6H₂O

c.O₂ + 2H₂O + 4 e^- === 4OH^-   　　　　　

d.O₂— 4 e^- + 4H⁺  === 2H₂O

②寫出電極A的名稱         。寫出B電極的電極反應式                        。

③當酸性甲醇燃料電池消耗3.36 L 氧氣時（折合為標準狀況），理論上電解Na₂SO₄溶液生成氣體的總物質的量是             。

 

Answer 1

【答案】

（1）①Ⅰ   ②＜   ③80%；250℃   ④d

（2）CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)     △H=-726.52kJ/mol

（3）① 負   b   ② 陰極；4OH^-+4e=O₂↑+2H₂O    ③0.45mol

【解析】（1）①根據方程式可知，反應Ⅰ中反應物全部進入甲醇中，反應符合“原子經濟”原則。

②由表中數據，隨著溫度的升高，平衡常數逐漸減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以正反應是放熱反應。

③達到平衡后，測得c(CH₃OH)＝ 0.8 mol／L，則消耗CO是0.8mol/L，所以其轉化率是0.80mol/L×2L÷2mol×100％＝80％。平衡時CO和氫氣的濃度分別是0.2mol/L和1.4mol/L，所以平衡常數K＝，所以溫度是250℃。

④在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，所以a能說明。反應前后體積減小，所以壓強也是減小的，因此b也能說明。C中反應速率的方向相反，且滿足速率之比是相應的化學計量數之比，能說明。密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，d不能說明答案選d。

（2）16g液體甲醇是16g÷32g/mol＝0.5mol，所以熱化學方程式為

CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)     △H=-726.52kJ/mol。

（3）①原電池中負極失去電子，所以甲醇在負極通入，由于電解質是氫氧化鉀，所以電極反應式為CH₃ OH—6 e^- + 8 OH^-  ＝ CO₃^2- + 6H₂O，答案選b。

②A與電源的負極相連，是陰極。B是陽極，溶液中的OH^－失去電子，方程式為

4OH^-+4e=O₂↑+2H₂O。

③3.36L氧氣是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，轉移電子是0.15mol×4＝0.6mol，所以可以生成氫氣0.3mol，氧氣0.15mol，共計是0.45mol。