Question

【題目】甲醇是一種重要化工原料，又是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景。

(1)已知：CH3OH(g) ===HCHO(g)+H2(g)　ΔH=+84 kJ·mol-1

2H2(g)+O2(g) ===2H2O(g)　 ΔH=-484 kJ·mol-1

工業上常以甲醇為原料制取甲醛，請寫出CH3OH(g)與O2(g)反應生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學方程式：__________________________。

(2)工業上可用如下方法合成甲醇，化學方程式為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，已知某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	O—H
鍵能/ kJ·mol-1	348	413	436	358	x	463

請回答下列問題：

①該反應的ΔS____(填“>”或“<”)0。右圖中曲線a到曲線b的措施是_____________________________。

②已知CO中的C與O之間為三鍵，其鍵能為x kJ·mol-1，則x=____。

(3)由甲醇、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續使用一個月才充一次電。

①該電池負極的電極反應式為__________________。

②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200 mL含有如下離子的溶液。

離子	Cu2+	H+	Cl	SO42 －
c/mol·L-1	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積(相同條件下)的氣體時(忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶解現象)陽極上收集到氧氣的質量為____。

(4)電解水蒸氣和CO2產生合成氣(H2+CO)。較高溫度下(700~1 000 ℃)，在SOEC兩側電極上施加一定的直流電壓，H2O和CO2在氫電極發生還原反應產生O2，O2穿過致密的固體氧化物電解質層到達氧電極，在氧電極發生氧化反應得到純O2。由上圖可知A為直流電源的____(填“正極”或“負極”)，請寫出以H2O為原料生成H2的電極反應式：_______。

Answer 1

【答案】 2CH3OH(g)+O2(g)2HCHO(g)+2H2O(g)ΔH=-316 kJ·mol-1 < 加入催化劑 1097 CH3OH-6e-+8OH-C+6H2O 3.2 g 負極 H2O+2e-H2↑+O2-

【解析】(1)①已知：①CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g)△H=+84kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-484kJ/mol，將2×①+②得到CH3OH(g)與O2(g)反應生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學方程式為2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g)△H=-316 kJmol-1，故答案為：2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g)△H=-316 kJmol-1；

(2)①該反應的△S＜0；曲線a到曲線b，活化能降低，應為加入催化劑，故答案為：＜；加入催化劑；

②CO(g)+2H2(g)CH3OH (g)的焓變=反應物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，設CO中碳氧鍵的鍵能為X，結合圖表提供的化學鍵的鍵能，則△H═X+2×436KJ/mol-(3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol)=(419-510)kJmol-1=-91kJmol-1，解得：X=1097KJ/mol，故答案為：1097；

(3)①燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，電解質是氫氧化鈉溶液，根據原電池原理，負極電極反應是CH3OH失去電子生成碳酸根離子-：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；

②陰極上顯示銅離子得電子，Cu2++2e-=Cu，200mL0.5mol/L的銅離子得電子物質的量是0.2mol，然后是2H++2e-=H2↑，在陽極上是0.4mol氯離子失電子的反應，產生氯氣0.2mol，2Cl--2e-=Cl2↑，轉移電子是0.4mol，然后是氫氧根離子失電子產生氧氣，4OH--4e-=O2↑+2H2O，當兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體時，假設產生氧氣的物質的量是x，在陽極上產生氣體是(0.2+x)mol，根據電子守恒，得到0.4+4x=0.2+2(0.2+x)，解得x=0.1mol，即陽極上收集到氧氣的質量為3.2 g，故答案為：3.2 g；

(4)由圖示可知A極水、二氧化碳生成氫氣、CO，應發生還原反應，為陰極反應，則A為電源的負極，生成氫氣的反應為H2O+2e-=H2↑+O2-，故答案為：負極；H2O+2e-=H2↑+O2-。