Question

5．甲醇是一种重要的化工原料，在化工领域有广泛应用．
（1）由合成气（组成为H₂、CO和少量CO₂）直接制备甲醇，其主要过程包括以下2个反应：
Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1
①与反应Ⅱ比较，采用反应Ⅰ制备甲醇的优点是无副产物生成，原子利用率高．
②CO（g）与H₂O （g）生成CO₂（g）和H₂（g）的热化学方程式为CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1．
③图1示意图中，能正确表示利用反应Ⅱ原理制备甲醇的反应过程中能量变化的是A（填序号）．

（2）甲醇燃料电池由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注．其工作原理如图2所示：
①负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
②若该电池中消耗6.4g甲醇，则转移1.2mol电子．
（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下将NH₄⁺最终氧化为HNO₃，然后加入CH₃OH，得到两种无毒气体．写出加入CH₃OH后发生反应的离子方程式6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O．

Answer 1

分析 （1）①从原子利用率角度来解答；
②Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1，Ⅰ-Ⅱ得，CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1，据此进行分析；
③根据②中分析可知，正反应为放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，由于气态物质的能量高于液态物质，故生成液态产物放出的热量更多；
（2）①甲醇燃料电池，电解质为酸，由氢离子向正极移动可知，a为负极，甲醇失去电子发生氧化反应，据此书写电极反应方程式；
②结合电极反应及转移电子计算；
（3）据题意书写离子方程式．

解答 解：（1）①相对反应A，采用反应B制备甲醇的优点是原子利用率为100%，符合原子经济和绿色化学的思想，
故答案为：无副产物生成，原子利用率高；
②Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₁=-90.1kJ•mol^-1
Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-49.0kJ•mol^-1，Ⅰ-Ⅱ得，CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1，
故答案为：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.1 kJ•mol^-1；
③根据②中分析可知，正反应为放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，由于气态物质的能量高于液态物质，故生成液态产物放出的热量更多，图象中A符合，
故答案为：A；
（2）①根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②6.4g甲醇相当于$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol甲醇，据电极反应方程式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，1molCH₃OH转移6mol电子，故0.2molCH₃OH转移1.2mol电子，
故答案为：1.2；
（3）在硝化细菌的作用下将NH₄⁺最终氧化为HNO₃，然后加入CH₃OH，得到两种无毒气体，故加入CH₃OH后发生反应的离子方程式6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O，
故答案为：6NO₃^-+5CH₃OH+6H⁺=3N₂↑+5CO₂↑+13H₂O．

点评 本题考查了热化学方程式的书写、燃料电池电极反应式的书写以及氧化还原反应的书写，本题难度中等．