Question

20．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．
（3）工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應I：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應II：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應符合“原子經濟”原則的是Ⅰ（填“I”或“Ⅱ”）．
②已知反應Ⅰ的能量變化如圖1所示：由表中數據判斷△H₁＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為80%．
（4）某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計如圖2所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
②工作一段時間后，測得溶液的pH減小，該電池總反應的化學方程式為2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O．

Answer 1

分析 （3）①“原子經濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中；
②反應物總能量大于生成物總能量時，該反應為放熱反應；
③根據一氧化碳的平衡濃度計算平衡時一氧化碳的物質的量，再根據轉化率公式計算其轉化率；
（4）①該燃料電池中，負極反應為CH₃OH-6e^-+2OH^-=CO₃^2-+3H₂O，正極上氧氣得電子發生還原反應，電極反應為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②得失電子相等條件下，將電極反應式相加即得電池反應式．

解答 解：（3）①根據原子經濟知，Ⅰ沒有副產物，符合原子經濟理念，Ⅱ中有副產物，不符合原子經濟理念，故選：Ⅰ；
②根據圖象知，反應物總能量大于生成物總能量，所以該反應是放熱反應，則△H₁＜0，故答案為：＜；
③平衡時剩余一氧化碳的物質的量=0.2mol/L×2L=0.4mol，一氧化碳的轉化率=$\frac{（2-0.4）mol}{2mol}$×100%=80%，
故答案為：80%；：
（4）①該燃料電池中，正極上氧氣得電子和水生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②得失電子相等條件下，將電極反應式相加即得電池反應式，所以得電池反應式為2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，故答案為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O

點評 本題考查“原子經濟性”概念的理解、化學平衡計算、反應中能量的變化以及燃料電池等，熟練掌握基礎是關鍵，難度中等．