Question

甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁（反應1）該反應的原料CO和H₂本身都可作為燃料提供動力，已知這兩種物質燃燒的熱化學方程式為：△H₂=-283kJ?mol^-1（反應2）△H₃=-242kJ?mol^-1（反應3）
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	H-O
鍵能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：
（1）反應1的焓變△H₁=    ．
（2）CH₃OH （g）燃燒生成CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學方程式為：CH₃OH（g）+O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₄    該反應的焓變△H₄=    ．與CO和H₂相比，甲醇作為汽車動力燃料的優點是    ．
（3）反應1的平衡常數表達式為    ．為提高甲醇的產率，可以采取的措施有    （寫出3點）．既能提高產率，又能提高反應速率的措施是    ．
（4）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動汽車的車載電池，該燃料電池的電池反應式為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）．其工作原理如示意圖：

①在圖的橫線上標出a、b、c、d四個出入口通入或排出的物質名稱（或化學式）
②負極的電極反應式為    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）反應CO（g）+2H₂（g） CH₃OH （g）△H₁ 的焓變可以根據表內的化學鍵鍵能計算，焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和；
（2）依據（1）反應熱化學方程式和題干一氧化碳燃燒熱化學方程式、氫氣燃燒熱化學方程式，結合蓋斯定律計算得到；
（3）依據平衡常數的概念分析寫出，依據化學平衡影響因素和平衡移動原理分析判斷；
（4）甲醇-空氣燃料電池是甲醇和氧氣反應的氧化還原反應，甲醇在反應中失去電子發生氧化反應在原電池中做負極，反應生成二氧化碳，氧氣再正極上得到電子生成氫氧根離子，依據質子交換最終生成水；電極反應依據電池反應和正極電極反應計算得到．
解答：解：（1）CO（g）+2H₂（g）CH₃OH （g），反應的焓變可以根據反應物的總鍵能和生成物的總鍵能計算得到，焓變=反應物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據圖表提供的化學鍵的鍵能計算得到，）△H₁=C≡O+2H-H-（3C-H+C-O+H-O）=1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1，故答案為：-116 kJ?mol^-1；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H₁=-116 kJ?mol^-1 （反應Ⅰ）
②CO（g）+O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1 （反應Ⅱ）
③H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1 （反應Ⅲ）
根據蓋斯定律③×2+②-①得到：
CH₃OH（l）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₄=-651 kJ?mol^-1，
故答案為：-651 kJ?mol^-1 ；與CO和H₂相比，甲醇作為汽車動力燃料的優點是：單位體積供能量多；密度大易于運輸；單位產能耗氧量較少；
故答案為：單位體積供能量多；密度大易于運輸；單位產能耗氧量較少；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H₁=-116 kJ?mol^-1 （反應Ⅰ）
平衡常數；提高甲醇的產率需要平衡正向進行，反應是放熱反應，是氣體體積減小的反應，所以，降低溫度；增加反應氣體的壓強；將反應生成的甲醇及時冷凝從反應體系中移去；
故答案為：；降低溫度、增加反應氣體的壓強、將反應生成的甲醇及時冷凝從反應體系中移去；增加反應氣體的壓強；
（4）①甲醇-空氣燃料電池是甲醇和氧氣反應的氧化還原反應，甲醇在反應中失去電子發生氧化反應在原電池中做負極，反應生成二氧化碳，氧氣再正極上得到電子生成氫氧根離子，依據質子交換最終生成水；所以a放出CO₂；b通入甲醇水溶液；c通入O₂；d流出水；標注如圖：

②電池反應為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）；
電池正極反應為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
電池反應-正極反應×3得到負極電極反應為：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺；
故答案為：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺．
點評：本題考查了化學反應的反應熱的計算、原電池的產物判斷和電極判斷，電極反應，蓋斯定律的計算應用，理解概念是關鍵，原電池原理是�？贾攸c，題目難度中等．