Question

甲醇可作为燃料电池的原料。CO₂和CO可作为工业合成甲醇（CH₃OH）的直接碳源，

（1）已知在常温常压下：

①CH₃OH（l）+ O₂（g）=CO（g） + 2H₂O（g）； ΔH＝﹣355.0 kJ∕mol

②2CO（g）+ O₂（g）= 2CO₂（g）   ΔH＝－566.0 kJ/mol

③H₂O（l）=H₂O（g）  ΔH＝+44.0 kJ/mol

写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式：___________________________

（2）利用CO和H₂在一定条件下可合成甲醇，发生如下反应：CO（g）＋2H₂（g）=CH₃OH（g），其两种反应过程中能量的变化曲线如下图a、b所示，下列说法正确的是__________

A．上述反应的ΔH＝－91kJ·mol^－1

B．a反应正反应的活化能为510kJ·mol^－1

C．b过程中第Ⅰ阶段为吸热反应，第Ⅱ阶段为放热反应

D．b过程使用催化剂后降低了反应的活化能和ΔH

E．b过程的反应速率：第Ⅱ阶段＞第Ⅰ阶段

（3）下列是科研小组设计的一个甲醇燃料电池，两边的阴影部分为a，b惰性电极，分别用导线与烧杯的m，n相连接，工作原理示意图如图：

①b极电极反应式为____________。

②在标准状况下，若通入112mL的O₂，（假设烧杯中的溶液的体积为200mL，体积不变）最后反应终止时烧杯中溶液的pH为______。

（4）可利用CO₂根据电化学原理制备塑料，既减少工业生产对乙烯的依赖，又达到减少CO₂排放的目的。以纳米二氧化钛膜为工作电极，稀硫酸为电解质溶液，在一定条件下通入CO₂进行电解，在阴极可制得低密度聚乙烯（简称LDPE）。

①电解时，阴极的电极反应式是________。

②工业上生产1.4×10²kg的LDPE，理论上需要标准状况下________L的CO₂。

Answer

CH3OH（l）＋ O2（g） ===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－726.0 kJ/mol ACE CH3OH -6e-+3 CO32—== 4 CO2＋2H2O 13 2n CO2 + 12nH+ + 12n e— == + 4n H2O 2.24×105

【解析】

(1)已知在常温常压下：①CH3OH(l)+ O2(g)=CO(g) + 2H2O(g)； ΔH＝﹣355.0 kJ∕mol，②2CO(g)+ O2(g)= 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ/mol，③H2O(l)=H2O(g) ΔH＝+44.0 kJ/mol，由盖斯定律可知，①+②× - ③×2得CH3OH(l)＋ O2(g) ===CO2(g)＋2H2O(l)，由此计算ΔH；

(2)A．根据能量变化图分析，反应的焓变△H=正反应活化能-逆反应活化能；

B．a反应正反应的活化能为419KJ/mol；

C．图象曲线变化和能量变化可知b过程中第Ⅰ阶段为吸热反应，第Ⅱ阶段为放热反应；

D．催化剂加入改变反应历程，但不改变反应的热效应；

E．b过程的反应速率取决于反应活化能的大小，活化能越大反应速率越小；

(3)①得电子发生还原反应的电极为正极，失电子发生氧化反应的电极为负极，b电极上甲醇失电子发生氧化反应；

②根据图知，a为正极、b为负极，电解氯化钠溶液时，m为阳极、n为阴极，根据电解池反应式2NaCl+2H2OH2↑+Cl2+2NaOH，结合守恒法计算；

(4)①2nCO2→，碳的化合价从+4变为-2，每个C原子得到6个电子，则2nCO2总共得到12n个电子，根据电荷守恒书写该电极反应式；

②工业上生产1.4×104kg的LDPE，根据2nCO2～计算出需要二氧化碳的物质的量，然后根据V=nVm计算出需要标况下二氧化碳的体积。

(1)已知在常温常压下：①CH3OH(l)+ O2(g)=CO(g) + 2H2O(g)； ΔH＝﹣355.0 kJ∕mol，②2CO(g)+ O2(g)= 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ/mol，③H2O(l)=H2O(g) ΔH＝+44.0 kJ/mol，由盖斯定律可知，①+②× - ③×2得CH3OH(l)＋ O2(g) ===CO2(g)＋2H2O(l)，则ΔH=(﹣355.0 kJ∕mol)+(－566.0 kJ/mol)× - (+44.0 kJ/mol)×2=－726.0 kJ/mol，甲醇燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)＋ O2(g) ===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－726.0 kJ/mol；

(2)A．上述反应的△H=(419-510)kJ•mol-1=-91kJ•mol-1，故A正确；

B．a反应正反应的活化能为419kJ•mol-1，故B错误；

C．图象曲线变化和能量变化可知，b过程中生成物能量高，则第Ⅰ阶段为吸热反应，第Ⅱ阶段生成物能量低于反应物，反应为放热反应，故C正确；

D．b过程使用催化剂后降低了反应的活化能，加快反应速率，不改变反应的△H，故D错误；

E．b过程中第Ⅱ阶段的活化能小于第Ⅰ阶段的活化能，反应速率慢，反应速率：第Ⅱ阶段＞第Ⅰ阶段，故E正确；

故答案为：ACE；

(3)①得电子发生还原反应的电极为正极，失电子发生氧化反应的电极为负极，所以a为正极、b为负极，b电极上甲醇失电子发生氧化反应生成二氧化碳，负极反应式为CH3OH -6e-+3 CO32—= 4 CO2＋2H2O；

②根据图知，a为正极、b为负极，电解氯化钠溶液时，m为阳极、n为阴极，根据电解池反应式2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH，在标准状况下，若通入112mL的O2的物质的量为=0.005mol，转移电子为0.005mol×4=0.02mol，电解池中每转移2mol电子生成2molNaOH，则电解后生成NaOH0.02mol，浓度为=0.1mol/L，溶液pH=13；

(4)①2nCO2→，碳的化合价从+4变为-2，每个C原子得到6个电子，则2nCO2总共得到12n个电子，根据电荷守恒可得该电极反应式为：2nCO2+12e-+12nH+=+4nH2O；

②工业上生产1.4×102kg的LDPE，根据2nCO2～LDPE可知，需要二氧化碳的物质的量为：×2n=1×104mol，理论上需要标准状况下CO2的体积是：22.4L/mol×1×104mol=2.24×105。