题目

题型：不详难度：来源：

（13分）能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：  CO(g) ＋ 2H₂(g)   CH₃OH(g)  ΔH₁
反应II： CO₂(g) ＋ 3H₂(g)   CH₃OH(g)  +  H₂O(g)  ΔH₂
①上述反应符合“原子经济”原则的是     （填“I”或“Ⅱ”）。
②下表所列数据是反应I在不同温度下的化学平衡常数（K）。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 
由表中数据判断ΔH₁      0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。    
③某温度下，将2 mol CO和6 mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CH₃OH)＝ 0.8 mol／L，则CO的转化率为       ，此时的温度为       （从上表中选择）。
④恒温、恒容时，下列情况不能说明反应I已经达到化学平衡状态的是________________。
a、容器各物质的浓度保持不变；        b、容器内压强保持不变；
c、υ(CO)消耗==1/2υ(H₂)生成　      d 、容器内的密度保持不变
（2）25℃、101kPa时，燃烧16g液体甲醇生成CO₂和H₂O(l)，放出的热量为363.26kJ，写出甲醇燃烧的热化学方程式：                         。
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计一个燃料电池电解Na₂SO₄溶液(图如下)。请根据图示回答下列问题：

①通入甲醇蒸气的电极应为       极（填写“正”或“负”），   该电极上发生的电极反应是       （填字母代号）。
a.2CH₃OH —12 e^- +3O₂ === 2CO₂ + 4 H₂O 
b.CH₃OH—6 e^- + 8 OH^-  ="==" CO₃^2- + 6H₂O
c.O₂ + 2H₂O + 4 e^- ="==" 4OH^-  　　　　　
d.O₂— 4 e^- + 4H⁺ ="==" 2H₂O
②写出电极A的名称        。写出B电极的电极反应式                       。
③当酸性甲醇燃料电池消耗3.36 L 氧气时（折合为标准状况），理论上电解Na₂SO₄溶液生成气体的总物质的量是            。

答案

（1）①Ⅰ  ②＜  ③80%；250℃  ④d
（2）CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)    △H=-726.52kJ/mol
（3）①负   b  ②阴极；4OH^-+4e=O₂↑+2H₂O   ③0.45mol

解析

（1）①根据方程式可知，反应Ⅰ中反应物全部进入甲醇中，反应符合“原子经济”原则。
②由表中数据，随着温度的升高，平衡常数逐渐减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应。
③达到平衡后，测得c(CH₃OH)＝ 0.8 mol／L，则消耗CO是0.8mol/L，所以其转化率是0.80mol/L×2L÷2mol×100％＝80％。平衡时CO和氢气的浓度分别是0.2mol/L和1.4mol/L，所以平衡常数K＝，所以温度是250℃。
④在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以a能说明。反应前后体积减小，所以压强也是减小的，因此b也能说明。C中反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，能说明。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，d不能说明答案选d。
（2）16g液体甲醇是16g÷32g/mol＝0.5mol，所以热化学方程式为
CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)    △H=-726.52kJ/mol。
（3）①原电池中负极失去电子，所以甲醇在负极通入，由于电解质是氢氧化钾，所以电极反应式为CH₃OH—6 e^- + 8 OH^-  ＝ CO₃^2- + 6H₂O，答案选b。
②A与电源的负极相连，是阴极。B是阳极，溶液中的OH^－失去电子，方程式为
4OH^-+4e=O₂↑+2H₂O。
③3.36L氧气是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，转移电子是0.15mol×4＝0.6mol，所以可以生成氢气0.3mol，氧气0.15mol，共计是0.45mol。