Question

【題目】甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主要反應如下：

①CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） ΔH1

②CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） ΔH2

③CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） ΔH3

回答下列問題：

（1）已知反應①中的相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H－H	C－O	C≡O	H－O	C－H
E/( kJmol-1)	436	343	1076	465	413

由此計算ΔH1=______。已知ΔH2=－58 kJmol-1，則ΔH3=______。

已知：CO中的化學鍵是C≡O，CH3OH的結構式為。

（2）已知下列熱化學方程式：

①CH3COOH(l)+2O2(g)＝2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=―870.3 kJ·mol－1；

②C(s)+O2(g)＝CO2(g) ΔH2=―393.5 kJ·mol－1；

③H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) ΔH3=―285.8 kJ·mol－1。

則反應2C(s)+2H2(g)+O2(g)＝CH3COOH(l)的ΔH=______kJ·mol－1。

（3）中國科學院長春應用化學研究所在甲醇（CH3OH）燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆。甲醇燃料電池的工作原理如圖所示。

①該電池工作時，b口通入的物質為___。

②該電池正極的電極反應式為______________。

③工作一段時間后,當12.8 g甲醇完全反應生成CO2時，有____NA個電子轉移。

Answer 1

【答案】－99 ＋41－488.3CH3OHO2+4H++4e-=2H2O2.4

【解析】

（1）反應熱等于斷鍵吸收的能量與形成化學鍵所放出的能量的差值，則根據表中數據和反應的化學方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知反應熱△H1＝1076 kJ/mol＋2×436 kJ/mol－3×413 kJ/mol－343 kJ/mol－465 kJ/mol＝－99kJ·mol-1。根據蓋斯定律可知②－①即可得到反應③，則△H3＝－58 kJ/mol＋99 kJ/mol＝＋41kJ·mol-1。

（2）已知：

①CH3COOH(l)+2O2(g)＝2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=―870.3 kJ·mol－1；

②C(s)+O2(g)＝CO2(g) ΔH2=―393.5 kJ·mol－1；

③H2(g)+1/2O2(g)＝H2O(l) ΔH3=―285.8 kJ·mol－1。

則根據蓋斯定律可知②×2+③×2－①即得到反應2C(s)+2H2(g)+O2(g)＝CH3COOH(l)的ΔH＝－488.3 kJ·mol－1。

（3）①氫離子向右側電極移動，則右側電極是正極，左側電極是負極，發生失去電子的氧化反應，所以該電池工作時，b口通入的物質為CH3OH。

②負極甲醇失去電子，正極氧氣得到電子，由于存在質子交換膜，因此該電池正極的電極反應式為O2+4H++4e-=2H2O。

③甲醇中碳原子化合價從－2價升高到+4價，失去6個電子。12.8 g甲醇的物質的量是12.8g÷32g/mol＝0.4mol，所以完全反應生成CO2時，有2.4NA個電子轉移。