Question

（14分）甲醇是重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用十分廣泛。
（1）利用太陽(yáng)能或生物質(zhì)能分解水制H₂，然后可將H₂與CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇。已知：
光催化制氫：2H₂O(l)===2H₂(g)＋O₂(g)  ΔH＝＋571.5 kJ/mol   ①
H₂與CO₂耦合反應(yīng)：3H₂(g)＋CO₂(g)===CH₃OH(l)＋H₂O(l)  ΔH＝－137.8 kJ/mol   ②
則反應(yīng)：2H₂O(l)＋CO₂(g) = CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)的ΔH＝     kJ/mol。
你認(rèn)為該方法需要解決的技術(shù)問題有     （填字母）。
a. 開發(fā)高效光催化劑
b. 將光催化制取的H₂從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO₂耦合催化轉(zhuǎn)化
c. 二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)
（2）工業(yè)上由甲醇制取甲醛的兩種方法如下（有關(guān)數(shù)據(jù)均為在298 K時(shí)測(cè)定）：
反應(yīng)I：CH₃OH(g)＝HCHO(g)＋H₂(g)  ΔH₁＝＋92.09kJ/mol，K₁＝3.92×10^－11。
反應(yīng)II：CH₃OH(g)＋1/2O₂(g)＝HCHO(g)＋H₂O(g)  ΔH₂＝－149.73 kJ/mol，K₂＝4.35×10²⁹。
①?gòu)脑�子利用率看，反�?yīng)     （填“I”或“II”。下同）制甲醛的原子利用率更高。從反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)K值看，反應(yīng)   制甲醛更有利。
②下圖是甲醇制甲醛有關(guān)反應(yīng)的lgK（平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)值）隨溫度T的變化。圖中曲線（1）表示的是反應(yīng)     。

（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脫氮工藝進(jìn)行處理，在硝化細(xì)菌的作用下將NH₄^＋氧化為NO₃^－（2NH₄⁺+3O₂＝2HNO₂+2H₂O +2H⁺；2HNO₂ +O₂＝2HNO₃）。然后加入甲醇，甲醇和NO₃^－反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體。
①上述方法中，1 g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時(shí)需氧的質(zhì)量為     g。
②寫出加入甲醇后反應(yīng)的離子方程式：     。
（4）甲醇燃料電池的工作原理如圖所示，則該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為   。

Answer 1

共14分。每空2分。
（1）-719.5（2分）     ab（2分）
（2）①I（1分）    II（1分）     ②II（2分）
（3）①4.57（2分）
②6NO₃^－＋5CH₃OH＋6H^＋＝3N₂↑＋5CO₂↑＋13H₂O（2分）
（4）CH₃OH+H₂O–6e^－=CO₂↑+6H⁺（2分）

試題分析：（1）由蓋斯定律得2H₂O(l)＋CO₂(g) = CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)的ΔH＝（①×3+②×2）/2，將①②的代入上式中得所求ΔH=-719.45kJ/mol；利用太陽(yáng)能或生物質(zhì)能分解水制H₂，需要開發(fā)高效光催化劑，使水易在太陽(yáng)光的作用下分解，同時(shí)將光催化制取的H₂從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO₂耦合催化轉(zhuǎn)化，但二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)不是需要解決的技術(shù)問題，答案選ab；
（2）反應(yīng)物中的原子盡可能的轉(zhuǎn)化為生成物，原子的利用率越高，所以反應(yīng)I的原子利用率高；反應(yīng)II的化學(xué)平衡常數(shù)較大，說明反應(yīng)進(jìn)行的徹底程度較大，而且反應(yīng)II是放熱反應(yīng)，所以從反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)K值看，反應(yīng)II制甲醛有利；
（3）①根據(jù)所給方程式可知2NH₄⁺～4O₂～2HNO₃，1 g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時(shí)需氧的質(zhì)量為2×32/14=4.57g，
②甲醇和NO₃^－反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體，從元素守恒角度判斷無毒氣體是氮?dú)夂投�氧化碳，另一種產(chǎn)物是水，離子方程式為6NO₃^－＋5CH₃OH＋6H^＋＝3N₂↑＋5CO₂↑＋13H₂O
（4）燃料電池中燃料在電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合圖中信息，甲醇被氧化為二氧化碳和氫離子，所以該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O–6e^－=CO₂↑+6H⁺