Question

20．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（3）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应II：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反应符合“原子经济”原则的是Ⅰ（填“I”或“Ⅱ”）．
②已知反应Ⅰ的能量变化如图1所示：由表中数据判断△H₁＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为80%．
（4）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图2所示的电池装置．
①该电池正极的电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O．

Answer 1

分析 （3）①“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；
②反应物总能量大于生成物总能量时，该反应为放热反应；
③根据一氧化碳的平衡浓度计算平衡时一氧化碳的物质的量，再根据转化率公式计算其转化率；
（4）①该燃料电池中，负极反应为CH₃OH-6e^-+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②得失电子相等条件下，将电极反应式相加即得电池反应式．

解答 解：（3）①根据原子经济知，Ⅰ没有副产物，符合原子经济理念，Ⅱ中有副产物，不符合原子经济理念，故选：Ⅰ；
②根据图象知，反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应是放热反应，则△H₁＜0，故答案为：＜；
③平衡时剩余一氧化碳的物质的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，一氧化碳的转化率=$\frac{（2-0.4）mol}{2mol}$×100%=80%，
故答案为：80%；：
（4）①该燃料电池中，正极上氧气得电子和水生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②得失电子相等条件下，将电极反应式相加即得电池反应式，所以得电池反应式为2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，故答案为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O

点评 本题考查“原子经济性”概念的理解、化学平衡计算、反应中能量的变化以及燃料电池等，熟练掌握基础是关键，难度中等．