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(yīng)用前景．工業(yè)生產(chǎn)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(tài)）完全燃燒后，恢復(fù)到原狀態(tài)放熱Q kJ，則表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32QkJ•mol^-1．
（2）工業(yè)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(dāng)中的一個主要反應(yīng)為CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g），說明該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因反應(yīng)是熵增加的反應(yīng)．△S＞0．
（3）甲醇燃料電池由于其結(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．其工作原理如圖，質(zhì)子交換膜左右兩側(cè)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(fù)（填“正”或“負(fù)”）極，其電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②當(dāng)電池中有2mol e^-發(fā)生轉(zhuǎn)移時，左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為24g（忽略氣體的溶解，假設(shè)反應(yīng)物完全耗盡）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)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(tài)水放熱，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)焓變；
（2）反應(yīng)為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H-T△S＜0，反應(yīng)是熵增加的反應(yīng)；
（3）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負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，根據(jù)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(tài)水時放熱QkJ．32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量為32QKJ；則表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)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(yīng)為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是△H-T△S＜0，反應(yīng)是熵增加的反應(yīng)，
故答案為：反應(yīng)是熵增加的反應(yīng)，△S＞0；
（3）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負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時，左側(cè)質(zhì)量減輕$\frac{1}{6}$×2×（44-32）g=4g，還要有2molH⁺通過質(zhì)子交換膜進(jìn)入右側(cè)，質(zhì)量減少2g，正極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，右側(cè)質(zhì)量增加32g×$\frac{1}{4}$×2=16g，加上轉(zhuǎn)移過來的2gH⁺，因此左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為16g+2g+4g+2g=24g，
故答案為：24g；

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