Question

14．甲醇來源豐富、價格低廉、運輸貯存方便，是一種重要的化工原料，有著重要的用途和應用前景．工業生產甲醇的常用方法是CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H＜0．
（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（液態）完全燃燒后，恢復到原狀態放熱Q kJ，則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32QkJ•mol^-1．
（2）工業上利用甲醇制備氫氣常用的方法之一是甲醇蒸氣重整法．此方法當中的一個主要反應為CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g），說明該反應能自發進行的原因反應是熵增加的反應．△S＞0．
（3）甲醇燃料電池由于其結構簡單、能量轉化率高、對環境無污染、可作為常規能源的替代品而越來越受到關注．其工作原理如圖，質子交換膜左右兩側的溶液均為1L 1.5mol/L H₂SO₄溶液．
①通入氣體a的電極是電池的負（填“正”或“負”）極，其電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②當電池中有2mol e^-發生轉移時，左右兩側溶液的質量之差為24g（忽略氣體的溶解，假設反應物完全耗盡）．

Answer 1

分析 （1）依據燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量，題干所給量計算32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態水放熱，結合熱化學方程式書寫方法，標注物質聚集狀態和對應焓變；
（2）反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應能自發進行的原因是△H-T△S＜0，反應是熵增加的反應；
（3）①根據圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，根據氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發生氧化反應；
②負極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，根據電解池的工作原理和電極方程式來計算．

解答 解：（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態水時放熱QkJ．32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態水放出熱量為32QKJ；則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32QkJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32QkJ•mol^-1；
（2）反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應能自發進行的原因是△H-T△S＜0，反應是熵增加的反應，
故答案為：反應是熵增加的反應，△S＞0；
（3）①根據圖知，交換膜是質子交換膜，則電解質溶液呈酸性，根據氫離子移動方向知，通入a的電極為負極、通入b的電極為正極，負極上甲醇失去電子發生氧化反應，負極反應式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：負；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②負極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，當轉移2mol電子時，左側質量減輕$\frac{1}{6}$×2×（44-32）g=4g，還要有2molH⁺通過質子交換膜進入右側，質量減少2g，正極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，右側質量增加32g×$\frac{1}{4}$×2=16g，加上轉移過來的2gH⁺，因此左右兩側溶液的質量之差為16g+2g+4g+2g=24g，
故答案為：24g；

點評 本題考查了反應熱的計算、蓋斯定律的應用，題目難度中等，注意掌握熱化學方程式的書寫原則，明確蓋斯定律在反應熱計算中的應用，試題培養了學生的分析能力及化學計算能力．