Question

以甲烷（CH₄）、合成氣（CO和H₂）、CO₂、甲醇（CH₃OH）、甲醛（HCHO）等為初始反應(yīng)物可以反應(yīng)合成一系列重要的化工原料和燃料．其中作為初始反應(yīng)物的甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
②下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅰ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫 度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

，此時(shí)的溫度為

 

℃（從上表中選擇）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

．
（3）2009年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖所示．
①該電池工作時(shí)，c口通入的物質(zhì)為

 

；該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：

 

．
②工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有

 

N_A個(gè)電子轉(zhuǎn)移．
③若該電池通入O₂的量為1L（標(biāo)準(zhǔn)狀況），且反應(yīng)完全，則用此電池來(lái)電解NaCl溶液（惰性電極），最多能產(chǎn)生Cl₂的體積為

 

L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,電解原理

專(zhuān)題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專(zhuān)題,電化學(xué)專(zhuān)題

分析：（1）①“原子經(jīng)濟(jì)”原則是：原子經(jīng)濟(jì)性是綠色化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)專(zhuān)有名詞．綠色化學(xué)的“原子經(jīng)濟(jì)性”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計(jì)成能把反應(yīng)過(guò)程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
②依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析熱量變化；
③依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算，依據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算得到；根據(jù)濃度計(jì)算出平衡常數(shù)，再判斷溫度；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱并書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式；
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
②根據(jù)電極反應(yīng)以及電子守恒來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的量；
③根據(jù)電子守恒找出氧氣與氯氣的關(guān)系式，據(jù)此計(jì)算出標(biāo)況下氯氣的體積．

解答： 解：（1）①“原子經(jīng)濟(jì)性”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計(jì)成能把反應(yīng)過(guò)程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
分析反應(yīng)可知反應(yīng)Ⅰ符合，
故答案為：Ⅰ；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向放熱反應(yīng)，故答案為：＜；
③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，物質(zhì)的量為0.4mol；
             CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol） 2        6          0
變化量（mol） 1.6    3.2         1.6
平衡量（mol） 0.4    2.8         1.6
CO的轉(zhuǎn)化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，
此時(shí)的平衡常數(shù)為：K=

1.6 2

0.4 2 ×( 2.8 2 )2

≈2.041，所以溫度為250℃，
故答案為：80%；250；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
利用蓋斯定律將

①-②

2

+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5 kJ∕mol；
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，氧氣作正極，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子移向正極，所以c口通入的物質(zhì)為氧氣，b口通入的物質(zhì)為甲醇；負(fù)極甲醇除去電子生成二氧化碳，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：O₂；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
②當(dāng)6.4g即0.2mol甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，根據(jù)總反應(yīng)：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，即個(gè)數(shù)為1.2N_A，
故答案為：1.2；
③1mol氧氣完全反應(yīng)得到4mol電子，生成1mol氯氣需要失去2mol電子，氧氣與氯氣的關(guān)系式為：O₂～2Cl₂，所以消耗標(biāo)況下1L氧氣會(huì)得到2L氯氣，
故答案為：2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、電解池原理等知識(shí)點(diǎn)，題目難度較大，本題是一道較綜合知識(shí)題目，試題考查的角度較廣，注意掌握電解原理，能夠根據(jù)蓋斯定律書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式．