Question

（2010?浙江）甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業(yè)上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁（反應(yīng)1）該反應(yīng)的原料CO和H₂本身都可作為燃料提供動力，已知這兩種物質(zhì)燃燒的熱化學(xué)方程式為：CO(g)+

1

2

O2(g)=CO2(g)△H₂=-283kJ?mol^-1（反應(yīng)2）H2(g)+

1

2

O2(g)=H2O(g)△H₃=-242kJ?mol^-1（反應(yīng)3）
某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O
鍵能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：
（1）反應(yīng)1的焓變△H₁=

-116kJ?mol^-1

．
（2）CH₃OH （g）燃燒生成CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₄    該反應(yīng)的焓變△H₄=

-651kJ?mol^-1

．與CO和H₂相比，甲醇作為汽車動力燃料的優(yōu)點是

單位體積供能多，密度大易于運輸；單位產(chǎn)能耗氧量較少

．
（3）反應(yīng)1的平衡常數(shù)表達式為

K=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

．為提高甲醇的產(chǎn)率，可以采取的措施有

降低溫度、增加反應(yīng)氣體的壓力、將反應(yīng)生成的甲醇及時冷凝從反應(yīng)體系中移去．

（寫出3點）．既能提高產(chǎn)率，又能提高反應(yīng)速率的措施是

增加反應(yīng)氣體的壓強

．
（4）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動汽車的車載電池，該燃料電池的電池反應(yīng)式為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）．其工作原理如示意圖：

①在圖的橫線上標(biāo)出a、b、c、d四個出入口通入或排出的物質(zhì)名稱（或化學(xué)式）
②負(fù)極的電極反應(yīng)式為

CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

．

Answer 1

分析：（1）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）

高溫  .

CH₃OH （g）△H₁ 的焓變可以根據(jù)表內(nèi)的化學(xué)鍵鍵能計算，焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和；
（2）依據(jù)（1）反應(yīng)熱化學(xué)方程式和題干一氧化碳燃燒熱化學(xué)方程式、氫氣燃燒熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律計算得到；
（3）依據(jù)平衡常數(shù)的概念分析寫出，依據(jù)化學(xué)平衡影響因素和平衡移動原理分析判斷；
（4）甲醇-空氣燃料電池是甲醇和氧氣反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)，甲醇在反應(yīng)中失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)在原電池中做負(fù)極，反應(yīng)生成二氧化碳，氧氣再正極上得到電子生成氫氧根離子，依據(jù)質(zhì)子交換最終生成水；電極反應(yīng)依據(jù)電池反應(yīng)和正極電極反應(yīng)計算得到．

解答：解：（1）CO（g）+2H₂（g）

高溫  .

CH₃OH （g），反應(yīng)的焓變可以根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能和生成物的總鍵能計算得到，焓變=反應(yīng)物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據(jù)圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能計算得到，）△H₁=C≡O(shè)+2H-H-（3C-H+C-O+H-O）=1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1，故答案為：-116 kJ?mol^-1；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H₁=-116 kJ?mol^-1 （反應(yīng)Ⅰ）
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1 （反應(yīng)Ⅱ）
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1 （反應(yīng)Ⅲ）
根據(jù)蓋斯定律③×2+②-①得到：
CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₄=-651 kJ?mol^-1，
故答案為：-651 kJ?mol^-1 ；與CO和H₂相比，甲醇作為汽車動力燃料的優(yōu)點是：單位體積供能量多；密度大易于運輸；單位產(chǎn)能耗氧量較少；
故答案為：單位體積供能量多；密度大易于運輸；單位產(chǎn)能耗氧量較少；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H₁=-116 kJ?mol^-1 （反應(yīng)Ⅰ）
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

；提高甲醇的產(chǎn)率需要平衡正向進行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，是氣體體積減小的反應(yīng)，所以，降低溫度；增加反應(yīng)氣體的壓強；將反應(yīng)生成的甲醇及時冷凝從反應(yīng)體系中移去；
故答案為：K=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

；降低溫度、增加反應(yīng)氣體的壓強、將反應(yīng)生成的甲醇及時冷凝從反應(yīng)體系中移去；增加反應(yīng)氣體的壓強；
（4）①甲醇-空氣燃料電池是甲醇和氧氣反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)，甲醇在反應(yīng)中失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)在原電池中做負(fù)極，反應(yīng)生成二氧化碳，氧氣再正極上得到電子生成氫氧根離子，依據(jù)質(zhì)子交換最終生成水；所以a放出CO₂；b通入甲醇水溶液；c通入O₂；d流出水；標(biāo)注如圖：

②電池反應(yīng)為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）；
電池正極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
電池反應(yīng)-正極反應(yīng)×3得到負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺；
故答案為：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱的計算、原電池的產(chǎn)物判斷和電極判斷，電極反應(yīng)，蓋斯定律的計算應(yīng)用，理解概念是關(guān)鍵，原電池原理是�？贾攸c，題目難度中等．