Question

【题目】甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH1

②CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） ΔH2

③CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） ΔH3

回答下列问题：

（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

化学键	H－H	C－O	C≡O	H－O	C－H
E/( kJmol-1)	436	343	1076	465	413

由此计算ΔH1=______。已知ΔH2=－58 kJmol-1，则ΔH3=______。

已知：CO中的化学键是C≡O，CH3OH的结构式为。

（2）已知下列热化学方程式：

①CH3COOH(l)+2O2(g)＝2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=―870.3 kJ·mol－1；

②C(s)+O2(g)＝CO2(g) ΔH2=―393.5 kJ·mol－1；

③H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) ΔH3=―285.8 kJ·mol－1。

则反应2C(s)+2H2(g)+O2(g)＝CH3COOH(l)的ΔH=______kJ·mol－1。

（3）中国科学院长春应用化学研究所在甲醇（CH3OH）燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为___。

②该电池正极的电极反应式为______________。

③工作一段时间后,当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时，有____NA个电子转移。

Answer 1

【答案】－99 ＋41－488.3CH3OHO2+4H++4e-=2H2O2.4

【解析】

（1）反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值，则根据表中数据和反应的化学方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知反应热△H1＝1076 kJ/mol＋2×436 kJ/mol－3×413 kJ/mol－343 kJ/mol－465 kJ/mol＝－99kJ·mol-1。根据盖斯定律可知②－①即可得到反应③，则△H3＝－58 kJ/mol＋99 kJ/mol＝＋41kJ·mol-1。

（2）已知：

①CH3COOH(l)+2O2(g)＝2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=―870.3 kJ·mol－1；

②C(s)+O2(g)＝CO2(g) ΔH2=―393.5 kJ·mol－1；

③H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) ΔH3=―285.8 kJ·mol－1。

则根据盖斯定律可知②×2+③×2－①即得到反应2C(s)+2H2(g)+O2(g)＝CH3COOH(l)的ΔH＝－488.3 kJ·mol－1。

（3）①氢离子向右侧电极移动，则右侧电极是正极，左侧电极是负极，发生失去电子的氧化反应，所以该电池工作时，b口通入的物质为CH3OH。

②负极甲醇失去电子，正极氧气得到电子，由于存在质子交换膜，因此该电池正极的电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O。

③甲醇中碳原子化合价从－2价升高到+4价，失去6个电子。12.8 g甲醇的物质的量是12.8g÷32g/mol＝0.4mol，所以完全反应生成CO2时，有2.4NA个电子转移。