题目内容
【题目】甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生资源，具有开发和应用的广阔前景。
（1）已知：CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) △H=+84kJ/mol
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol
①工业上常以甲醇为原料制取甲醛，请写出CH3OH(g)与O2(g)反应生成HCHO(g)和H2O(g)的热化学方程式：________________。
②在上述制备甲醛时，常向反应器中通入适当过量的氧气，其目的是_________________。
（2）工业上可用如下方法合成甲醛，化学方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)，已知某些化学键的键能数据如下表：
化学键 | C-C | C-H | H-H | C-O | C=O | O-H |
键能/kJ/mol | 348 | 413 | 436 | 358 | x | 463 |
请回答下列问题：
①如图中曲线a到曲线b的措施是_______________。
②已知CO中的C与O之间为三键，其键能为xkJ/mol，则x=___________。
（3）由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。
①该电池正极的电极反应式为____________________。
②若以该电池为电源，用石墨作电极电解200mL含有如下离子的溶液。
离子 | Cu2+ | H+ | Cl- | SO42- |
c/mol/L | 0.5 | 2 | 2 | 0.5 |
电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件下）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶液现象）阳极上收集到氧气的质量为_____________。
（4）电解水蒸气和CO2产生合成气（H2+CO），较高温度下（70-1000℃），在SOEC两侧电极上施加一定的直流电压，H2O和CO2在氢电极发生还原反应产生O2-，O2-穿过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极，在氧电极发生氧化反应得到纯O2。由右图可知A为直流电源的 (填“正极”或“负极”)，请写出以H2O为原料生成H2的电极反应式：____________。
【答案】（1）①2CH3OH(g)+O2(g)＝2HCHO(g)+2H2O(g) △H=-316 kJ·mol-1
②提高甲醇的转化率（2分）
（2）①使用 加入催化剂 ②1097（3）①O2+2H2O -4e-=4OH-②3.2 g
（4）H2O+2e-=H2↑+O2-
【解析】
试题分析：（1）①已知：⑴CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) △H=+84kJ/mol
⑵2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol
根据盖斯定律可知⑴×2+⑵即可得到CH3OH(g)与O2(g)反应生成HCHO(g)和H2O(g)的热化学方程式为2CH3OH(g)+O2(g)＝2HCHO(g)+2H2O(g) △H=-316 kJ·mol-1。
②向反应器中通入适当过量的氧气，使平衡向正反应方向进行，提高甲醇的转化率。
（2）①图中曲线a到曲线b降低了反应的活化能，其其措施是加入了催化剂。
②反应热＝反应物中键能之和－生成物中键能之和，则根据方程式可知x+2×436－3×413－358－463＝419－510，解得x=1097。
（3）①电池正极得到电子，则正极是氧气放电，其电极反应式为O2+2H2O -4e-=4OH-。
②电解一段时间后，两极收集到相同体积（相同条件下）的气体，这说明阴极上除了铜离子放电外，还有氢离子放电，铜离子的物质的量是0.1mol，设气体的物质的量是xmol，则根据电子得失守恒可知0.1×2+2x＝4x，解得x＝0.1，所以氧气的质量＝0.1mol×32g/mol＝3.2g。
（4）A电极产生氢气和CO，所以该电极是阴极，因此A电极是负极，水得到电子产生氢气的电极反应式为H2O+2e-=H2↑+O2- 。
