Question

甲醇是一種重要的化工原料，在生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用．工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應(yīng)有：
（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ?mol^-1
（Ⅱ）2CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ?mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ?mol^-1
（1）用CH₄和0₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）某溫度下，向4L恒容密閉容器中通人6mol C0₂和6mol CH₄，發(fā)生反應(yīng)（Ⅰ），平衡體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)均為

1

4

，則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

，CH₄的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（3）工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H₂=-29.1kJ?mol^-1．科研人員對該反應(yīng)進(jìn)行了研究，部分研究結(jié)果如圖1、2：
①從反應(yīng)壓強(qiáng)對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是

 

 （填“3.5×10⁶PaPa““4.0×10⁶Pa“或“5.0×10⁶Pa”）．
②實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是

 

．
（4）直接甲醇燃料電池（簡稱DMFC）由于其結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注．DMFC的工作原理如圖3所示：
①通入a氣體的電極是電池的

 

（填“正”或“負(fù)”）極，其電極反應(yīng)式為
②常溫下，用此電池以惰性電極電解O．5L飽和食鹽水（足量），若兩極共生成氣體1.12L（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），則電解后溶液的pH為

 

（忽略溶液的體積變化）．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律計(jì)算書寫熱化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)平衡體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)均為

1

4

，利用三段式計(jì)算出平衡時(shí)各組分的含量，計(jì)算平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率；
（3）①依據(jù)轉(zhuǎn)化率曲線分析判斷；
②圖象分析速率隨溫度變化的趨勢分析回答；
（4）①根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
②根據(jù)電解池的工作原理和電極方程式來計(jì)算．

解答： 解：（1）根據(jù)（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ?mol^-1
（Ⅱ）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ?mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ?mol^-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H，故△H=2△H₁+2△H₂+△H₃=（+247.3kJ?mol^-1）×2+（-90.1kJ?mol^-1）×2+（-566.0kJ?mol^-1）=-251.6kJ?mol^-1，所以用CH₄和O₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ?mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ?mol^-1；
（2）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
起始（mol） 6        6         0       0
變化（mol） x        x         2x      2x
平衡（mol）6-x       6-x       2x      2x
平衡體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)均為

1

4

，所以6-x=2x，解得x=2，
則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)X=

c 2(CO)?c 2(H 2)

c(CH 4)?c(CO 2)

=

1 2×1 2

1×1

=1，
CH₄的轉(zhuǎn)化率為

2

6

=33.3%，
故答案為：1；33.3%；
（3）①從反應(yīng)壓強(qiáng)對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率“看，圖象中轉(zhuǎn)化率變化最大的是4.0×10⁶Pa，故答案為：4.0×10⁶Pa；
②依據(jù)圖象分析溫度在高于80°C對反應(yīng)速率影響不大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過高，平衡逆向進(jìn)行，不利于轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：高于80℃時(shí)，溫度對反應(yīng)速率影響較小，且反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低；
（4）①根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：負(fù)；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②用此電池以惰性電極電解飽和食鹽水的電極反應(yīng)為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，當(dāng)兩極共收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體1.12L（0.05mol）時(shí)，則生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.05mol，所以C_OH-=

0.05mol

0.5L

=0.1mol/L，所以PH=13，故答案為：13．

點(diǎn)評：本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、熱化學(xué)方程式的計(jì)算書寫、化學(xué)平衡的計(jì)算、圖象分析判斷以及電化學(xué)的知識等，注意掌握基礎(chǔ)知識的掌握，題目難度中等．