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，發生主要反應如下：
?CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）?CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
甲醇與CO的結構式分別如圖：

（1）已知反應?中相關化學鍵鍵能數據如表：

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

利用反應?合成1mol甲醇反應放出（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，發生反應?，10min后達到平衡狀態后測得甲醇濃度為0.5mol．L^-1．求氫氣的反應速率：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，可構成甲醇燃料電池，請回答下列問題：
通入甲醇的電極是負（填“正”或“負”）極，反應時該電極附近的現象是溶液紅色變淺，溶液中K⁺向正（填“正”或“負”）極移動：寫出正極反應式：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（標準狀況）．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）依據化學平衡三段式列式計算，經過10min后達到平衡狀態．若此時測得CH₃OH蒸氣的濃度為0.5mol/L．物質的量為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
據此計算反應速率V=$\frac{△c}{△t}$，
（3）通入甲醇的電極是負極，反應時該電極反應：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，電解質溶液為堿性，所以電池正極的電極反應式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；根據串聯電路中轉移電子相等計算消耗氧氣的量；

解答 解：（1）反應熱=反應物總鍵能-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）經過5min后達到平衡狀態．若此時測得CH₃OH蒸氣的濃度為0.5mol/L．物質的量為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
據此計算以H₂的濃度變化表示的該反應反應速率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極，反應時該電極反應：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，氧氣在堿性電解質溶液中得電子，所以電池正極的電極反應式為：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；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，涉及電極反應式的書寫、熱化學反應方程式、物質的量的計算等知識點，這些知識點都是考試熱點，根據串聯電路中轉移電子相等進行計算，難點是電極反應式的書寫，題目難度中等．