Question

16．甲醇是重要的化工原料．利用合成氣（主要成分CO，CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生主要反應(yīng)如下：
?CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）?CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
甲醇與CO的結(jié)構(gòu)式分別如圖：

（1）已知反應(yīng)?中相關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如表：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O	C-H
鍵能（kJ．mol-1）	436	343	1076	465	413

利用反應(yīng)?合成1mol甲醇反應(yīng)放出（填“放出”或“吸收”）能量99kJ
（2）溫度為110℃條件下，向體積2L的密閉容器充2molCO₂與4molH₂，發(fā)生反應(yīng)?，10min后達(dá)到平衡狀態(tài)后測得甲醇濃度為0.5mol．L^-1．求氫氣的反應(yīng)速率：0.15mol/（L•min）．
（3）將甲醇與氧氣分別通入如圖所示的裝置的電極中，可構(gòu)成甲醇燃料電池，請回答下列問題：
通入甲醇的電極是負(fù)（填“正”或“負(fù)”）極，反應(yīng)時該電極附近的現(xiàn)象是溶液紅色變淺，溶液中K⁺向正（填“正”或“負(fù)”）極移動：寫出正極反應(yīng)式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；若電池工作過程中通過2mol電子，則理論上消耗O₂11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，經(jīng)過10min后達(dá)到平衡狀態(tài)．若此時測得CH₃OH蒸氣的濃度為0.5mol/L．物質(zhì)的量為0.5L×2mol/L=1mol；
                    3H₂（g）+?CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 4             2               0                    0
變化量（mol） 3             1               1                    1
平衡量（mol） 1             1               1                    1
據(jù)此計算反應(yīng)速率V=$\frac{△c}{△t}$，
（3）通入甲醇的電極是負(fù)極，反應(yīng)時該電極反應(yīng)：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故溶液紅色變淺；該燃料電池工作時，陽離子向正極移動，電解質(zhì)溶液為堿性，所以電池正極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等計算消耗氧氣的量；

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，故△H=1076kJ．mol^-1+2×436kJ．mol^-1-（3×413+343+465）kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1；
故答案為：放出； 99  
（2）經(jīng)過5min后達(dá)到平衡狀態(tài)．若此時測得CH₃OH蒸氣的濃度為0.5mol/L．物質(zhì)的量為0.5L×2mol/L=1mol；
                      3H₂（g）+?CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 4             2               0                    0
變化量（mol） 3             1               1                    1
平衡量（mol） 1             1               1                    1
據(jù)此計算以H₂的濃度變化表示的該反應(yīng)反應(yīng)速率V=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{10min}$=0.15mol/（L•min），
故答案為：0.15mol/（L•min）；
（3）通入甲醇的電極是負(fù)極，反應(yīng)時該電極反應(yīng)：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故溶液紅色變淺；該燃料電池工作時，陽離子向正極移動，氧氣在堿性電解質(zhì)溶液中得電子，所以電池正極的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，電池工作過程中通過2mol電子，則理論上消耗O₂的體積=$\frac{2mol}{4}$×22.4L/mol=11.2L
故答案為：負(fù)；溶液紅色變淺；正；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；11.2L．

點評 本題考查了原電池原理，涉及電極反應(yīng)式的書寫、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、物質(zhì)的量的計算等知識點，這些知識點都是考試熱點，根據(jù)串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等進(jìn)行計算，難點是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度中等．