Question

【題目】甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景。

(1)已知：CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋84 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－484 kJ·mol－1

①工業上常以甲醇為原料制取甲醛，請寫出CH3OH(g)與O2(g)反應生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學方程式：______________________________________________。

②在上述制備甲醛時，常向反應器中通入適當過量的氧氣，其目的_________________。

(2)工業上可用如下方法合成甲醇，化學方程式為CO(g)＋2H2(g)==CH3OH(g)，已知某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	O—H
鍵能/(kJ·mol－1)	348	413	436	358	x	463

請回答下列問題：

①圖1中曲線a到曲線b的措施是_________。

②已知CO中的C與O之間為叁鍵，其鍵能為x kJ/mol，則x＝________。

(3)由甲醇、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續使用一個月才充一次電。

①該電池負極的電極反應式為______________________________________。

②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200 mL含有如下離子的溶液。

離子	Cu2＋	H＋	Cl－	SO42－
c/(mol·L－1)	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積(相同條件下)的氣體時(忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶解現象)陽極上收集到氧氣的質量為________。

(4)電解水蒸氣和CO2產生合成氣(H2＋CO)。較高溫度下(700～1 000 ℃)，在SOEC兩側電極上施加一定的直流電壓，H2O和CO2在氫電極發生還原反應產生O2－，O2－穿過致密的固體氧化物電解質層到達氧電極，在氧電極發生氧化反應得到純O2。由圖2可知A為直流電源的________(填“正極”或“負極”)，請寫出以H2O為原料生成H2的電極反應式：____________________。

Answer 1

【答案】2CH3OH(g)＋O2(g)=2HCHO(g)＋2H2O(g) ΔH＝－316 kJ·mol－1　 提高甲醇的轉化率，且氧氣與氫氣化合放熱，為制備甲醛提供能量 加入催化劑 1097 CH3OH－6e－＋8OH－===CO32－＋6H2O 3.2 g 負極 H2O＋2e－===H2↑＋O2－

【解析】

(1). ① a CH3OH(g)===HCHO(g)＋H2(g) ΔH＝＋84 kJ·mol－1，b 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－484 kJ·mol－1，根據蓋斯定律分析，a×2+b得熱化學方程式為：2CH3OH(g)＋O2(g)===2HCHO(g)＋2H2O(g) ΔH＝+84kJ/mol×2-484kJ/mol=－316 kJ·mol－1。 ②根據方程式2CH3OH(g)＋O2(g)===2HCHO(g)＋2H2O(g)分析，向反應器中通入適當過量的氧氣，提高甲醇的轉化率，且氧氣與氫氣化合放熱，為制備甲醛提供能量。(2) ① 反應2CH3OH(g)＋O2(g)===2HCHO(g)＋2H2O(g)由曲線a到曲線b，活化能減小，應為加入催化劑。 ② CO(g)＋2H2(g)==CH3OH(g)的焓變為反應物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，設一氧化碳中碳氧鍵的鍵能為x，結合圖表提供的化學鍵的鍵能，則ΔH＝x+2×436kJ/mol-(3×413kJ/mol+358kJ/mol+463kJ/mol)=419kJ/mol-510kJ/mol=-91 kJ·mol－1，則解得x=1097 kJ·mol－1。(3) ①燃料電池，電池的一個電極通入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，電解質是氫氧化鈉溶液，根據原電池原理，負極電極反應為甲醇失去電子生成碳酸根離子，電極反應為：CH3OH－6e－＋8OH－=CO32－＋6H2O ；②陰極上先是銅離子得電子，生成銅單質，200mL0.5mol/L的銅離子得電子物質的量為0.2mol，然后是氫離子得到電子生成氫氣，在陽極上是0.4mol氯離子失去電子的反應，產生氯氣0.2mol，轉移電子是0.4mol，然后是氫氧根離子失去電子產生氧氣，當兩極收集到相同體積的氣體時，假設產生氧氣的物質的量是x，在陽極上產生氣體時（0.2+x）mol根據電子守恒，得到0.4+4x=0.2+2(0.2+x)，解x=0.1mol，即陽極上收集到氧氣的質量為3.2 g。 (4)由圖示可知A極水和二氧化碳生成氫氣和一氧化碳，應發生還原反應，為陰極反應，則A為電源的負極，生成氫氣的反應為H2O＋2e－=H2↑＋O2－。