Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上合成甲醇的反应原理为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H；
如表所列数据是该反应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

①根据表中数据可判断△H

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②在300℃时，将2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为1L的密闭容器中，此时反应将

 

（填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）．
（2）以甲醇、氧气为原料，KOH溶液作为电解质构成燃料电池总反应为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，则负极的电极反应式为：

 

，随着反应的不断进行溶液的pH

 

（填“增大”“减小”或“不变”）．
（3）如果以该燃料电池为电源，石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极的电极反应式为：

 

；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的pH为12（25℃下测定），则理论上消耗氧气的体积为

 

mL（标况下）．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,化学电源新型电池,电解原理

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）①依据平衡常数随温度变化分析，温度越高平衡常数越小，说明平衡逆向进行；
②依据浓度商和平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
（2）原电池中负极上燃料失电子，碱性条件下，CH₃OH反应生成碳酸根离子；根据电极反应判断氢氧根离子浓度的变化；
（3）电解饱和食盐水，氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气．电解一段时间，溶液的pH=12，则溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，则n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，据此计算生成的氯气的物质的量，根据电子转移守恒计算原电池消耗的氧气的物质的量，进而计算体积．

解答： 解：（1）①由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，故答案为：＜；
②、将2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容积为1L的密闭容器中，此时的浓度商Qc=

2

2×32

=

1

9

，小于0.27，故反应向正反应进行，
故答案为：向正反应方向进行；
（2）原电池放电时，甲醇失电子被氧化，应为电池负极反应，其电极反应式为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；已知电池总反应为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，电池在放电过程中消耗氢氧根离子，所以溶液的pH减小；
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；减小；
（3）电解饱和食盐水，氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气，电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解一段时间，溶液的pH=12，则溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，则n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根据反应2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

=0.005mol，根据电子转移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）=

0.005mol×2

4

=0.0025mol，故原电池消耗氧气的体积为0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；56．

点评：本题综合性较大，涉及化学平衡常数、热化学方程式、原电池与电解池工作原理及计算等，难度中等，注意原电池书写负极电极反应式时，转移电子数目应相等．