Question

能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上合成甲醇的反應原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H；
如表所列數據是該反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據表中數據可判斷△H

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②在300℃時，將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時反應將

 

（填“向正反應方向進行”、“向逆反應方向進行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
（2）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質構成燃料電池總反應為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，則負極的電極反應式為：

 

，隨著反應的不斷進行溶液的pH

 

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應式為：

 

；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12（25℃下測定），則理論上消耗氧氣的體積為

 

mL（標況下）．

Answer 1

考點：化學平衡常數的含義,化學電源新型電池,電解原理

專題：化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①依據平衡常數隨溫度變化分析，溫度越高平衡常數越小，說明平衡逆向進行；
②依據濃度商和平衡常數比較分析判斷反應進行的方向；
（2）原電池中負極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應生成碳酸根離子；根據電極反應判斷氫氧根離子濃度的變化；
（3）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應生成氯氣．電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，據此計算生成的氯氣的物質的量，根據電子轉移守恒計算原電池消耗的氧氣的物質的量，進而計算體積．

解答： 解：（1）①由表中數據可知，溫度越高，平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②、將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時的濃度商Qc=

2

2×32

=

1

9

，小于0.27，故反應向正反應進行，
故答案為：向正反應方向進行；
（2）原電池放電時，甲醇失電子被氧化，應為電池負極反應，其電極反應式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；已知電池總反應為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，電池在放電過程中消耗氫氧根離子，所以溶液的pH減小；
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；減�。�
（3）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據反應2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

=0.005mol，根據電子轉移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）=

0.005mol×2

4

=0.0025mol，故原電池消耗氧氣的體積為0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；56．

點評：本題綜合性較大，涉及化學平衡常數、熱化學方程式、原電池與電解池工作原理及計算等，難度中等，注意原電池書寫負極電極反應式時，轉移電子數目應相等．