Question

（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.CH₃ OH—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             。

Answer

（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CH3 OH—6 e- + 8 OH-  ＝ CO32- + 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。