Question

4．甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生資源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景．
（1）已知：
CH₃OH（g）=HCHO（g）+H₂（g）△H=+84kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ/mol
①工業(yè)上常以甲醇為原料制取甲醛，請寫出CH₃OH（g）與O₂（g）反應生成HCHO（g）和H₂O（g）的熱化學方程式：2CH₃OH（g）+O₂（g）=2HCHO（g）+2H₂O（g）△H=-316kJ•mol^-1．
②在上述制備甲醛時，常向反應器中通入適當過量的氧氣，其目的是提高甲醇的轉化率．
（2）工業(yè)上可用如下方法合成甲醛，化學方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），已知某些化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	O-H
鍵能/kJ/mol	348	413	436	358	x	463

請回答下列問題：
①如圖中曲線a到曲線b的措施是加入催化劑．
②已知CO中的C與O之間為三鍵，其鍵能為xkJ/mol，則x=1097．
（3）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續(xù)使用一個月才充一次電．
①該電池正極的電極反應式為O₂+2H₂O-4e^-=4OH^-．
②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200mL含有如下離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol/L	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件下）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶液現(xiàn)象）陽極上收集到氧氣的質量為3.2g．
（4）電解水蒸氣和CO₂產(chǎn)生合成氣（H₂+CO），較高溫度下（700-1000℃），在SOEC兩側電極上施加一定的直流電壓，H₂O和CO₂在氫電極發(fā)生還原反應產(chǎn)生O^2-，O^2-穿過致密的固體氧化物電解質層到達氧電極，在氧電極發(fā)生氧化反應得到純O₂．由右圖可知A為直流電源的負極（填“正極”或“負極”），請寫出以H₂O為原料生成H₂的電極反應式：H₂O+2e^-=H₂↑+O^2-．

Answer 1

分析 （1）①已知：①CH₃OH（g）=HCHO（g）+H₂（g）△H=+84kJ/mol；②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，可利用蓋斯定律將2×①+②得到CH₃OH（g）與O₂（g）反應生成HCHO（g）和H₂O（g）的熱化學方程式，
②增大反應物濃度，則使平衡正向移動；
（2）①曲線a到曲線b，活化能降低，可加入催化劑；
②依據(jù)化學反應焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和來分析；
（3）①甲醇燃料電池中正極上氧氣得電子生成二氧化碳，甲醇在負極失電子，堿溶液中生成碳酸鹽；
②電解原理：陰極上顯示銅離子得電子，然后是氫離子得電子產(chǎn)生氫氣，在陽極上是氯離子失電子的反應，產(chǎn)生氯氣，然后是氫氧根離子失電子產(chǎn)生氧氣，一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時，根據(jù)電子守恒計算陽極上收集到氧氣的質量；
（4）由圖示可知A極水、二氧化碳生成氫氣、CO，應發(fā)生還原反應，為陰極反應．

解答 解：（1）①已知：①CH₃OH（g）=HCHO（g）+H₂（g）△H=+84kJ/mol；②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，將2×①+②得到CH₃OH（g）與O₂（g）反應生成HCHO（g）和H₂O（g）的熱化學方程式為2CH₃OH（g）+O₂（g）=2HCHO（g）+2H₂O（g）△H=-316 kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₃OH（g）+O₂（g）=2HCHO（g）+2H₂O（g）△H=-316 kJ•mol^-1；
②增大反應物濃度，則使平衡正向移動，提高甲醇的轉化率，故答案為：提高甲醇的轉化率；
（2）①曲線a到曲線b，活化能降低，應為加入催化劑，故答案為：加入催化劑；
 ②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）的焓變=反應物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，設CO中碳氧鍵的鍵能為X，結合圖表提供的化學鍵的鍵能，則△H═X+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=（419-510）kJ•mol^-1=-91kJ•mol^-1，解得：X=1097KJ/mol，
故答案為：1097；
（3）①①燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，電解質是氫氧化鈉溶液，根據(jù)原電池原理，正極電極反應是O₂得到電子生成氫氧根離子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O-4e^-=4OH^-；
②陰極上顯示銅離子得電子，Cu²⁺+2e^-=Cu，200mL0.5mol/L的銅離子得電子物質的量是0.2mol，然后是2H⁺+2e^-=H₂↑，在陽極上是0.4mol氯離子失電子的反應，產(chǎn)生氯氣0.2mol，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，轉移電子是0.4mol，然后是氫氧根離子失電子產(chǎn)生氧氣，4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時，假設產(chǎn)生氧氣的物質的量是x，在陽極上產(chǎn)生氣體是（0.2+x）mol，根據(jù)電子守恒，得到0.4+4x=0.2+2（0.2+x），解得x=0.1mol，即陽極上收集到氧氣的質量為3.2 g，
故答案為：3.2 g；
（4）由圖示可知A極水、二氧化碳生成氫氣、CO，應發(fā)生還原反應，為陰極反應，則A為電源的負極，生成氫氣的反應為H₂O+2e^-=H₂↑+O^2-，
故答案為：負極；H₂O+2e^-=H₂↑+O^2-．

點評 本題考查較為綜合，涉及反應熱與焓變、化學平衡的移動以及電解等知識，為高考常見題型，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，注意把握反應熱的計算以及電解的工作原理，難度中等．