Question

以甲烷（CH₄）、合成气（CO和H₂）、CO₂、甲醇（CH₃OH）、甲醛（HCHO）等为初始反应物可以反应合成一系列重要的化工原料和燃料．其中作为初始反应物的甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）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

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温 度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

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

 

，此时的温度为

 

℃（从上表中选择）．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式

 

．
（3）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇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，c口通入的物质为

 

；该电池负极的电极反应式为：

 

．
②工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，有

 

N_A个电子转移．
③若该电池通入O₂的量为1L（标准状况），且反应完全，则用此电池来电解NaCl溶液（惰性电极），最多能产生Cl₂的体积为

 

L（标准状况）．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,电解原理

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）①“原子经济”原则是：原子经济性是绿色化学以及化学反应的一个专有名词．绿色化学的“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依据平衡常数随温度变化分析，结合平衡移动原理分析热量变化；
③依据化学平衡的三段式列式计算，依据转化率概念计算得到；根据浓度计算出平衡常数，再判断温度；
（2）根据热化学方程式利用盖斯定律计算反应热并书写热化学方程式；
（3）①在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，发生失电子的氧化反应，氧气作正极，发生得电子的还原反应；
②根据电极反应以及电子守恒来计算转移电子的量；
③根据电子守恒找出氧气与氯气的关系式，据此计算出标况下氯气的体积．

解答： 解：（1）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；
分析反应可知反应Ⅰ符合，
故答案为：Ⅰ；
②依据图表数据分析，随温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向放热反应，故答案为：＜；
③按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，物质的量为0.4mol；
             CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol） 2        6          0
变化量（mol） 1.6    3.2         1.6
平衡量（mol） 0.4    2.8         1.6
CO的转化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，
此时的平衡常数为：K=

1.6 2

0.4 2 ×( 2.8 2 )2

≈2.041，所以温度为250℃，
故答案为：80%；250；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
利用盖斯定律将

①-②

2

+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5 kJ∕mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5 kJ∕mol；
（3）①在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，氧气作正极，电解质中的阳离子移向正极，所以c口通入的物质为氧气，b口通入的物质为甲醇；负极甲醇除去电子生成二氧化碳，电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案为：O₂；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
②当6.4g即0.2mol甲醇完全反应生成CO₂时，根据总反应：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧气0.3mol，转移电子1.2mol，即个数为1.2N_A，
故答案为：1.2；
③1mol氧气完全反应得到4mol电子，生成1mol氯气需要失去2mol电子，氧气与氯气的关系式为：O₂～2Cl₂，所以消耗标况下1L氧气会得到2L氯气，
故答案为：2．

点评：本题考查了化学平衡的有关计算、热化学方程式的书写、电解池原理等知识点，题目难度较大，本题是一道较综合知识题目，试题考查的角度较广，注意掌握电解原理，能够根据盖斯定律书写热化学方程式．