Question

(14分)甲醇是一種重要的化工原料，在生產中有著重要的應用。工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應有：

(1)用CH4和02直接制備甲醇蒸氣的熱化學方程式為 。

(2)某溫度下，向4 L恒容密閉容器中通人6 mol C02和6mol CH4，發(fā)生反應(i)，平衡體系中各組分的體積分數(shù)均為，則此溫度下該反應的平衡常數(shù)K= ，CH4的轉化率為 。

(3)工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應的熱化學方程式為：

，科研人員對該反應進行了研究，部分研究結果如下：

①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應選擇的壓強是 (填“3．5× 106 Pa” “4．O×106 Pa”或“5.0× 106 Pa”)。

②實際工業(yè)生產中采用的溫度是80℃，其理由是 。

(4)直接甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于其結構簡單、能量轉化率高、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注。DMFC的工作原理如圖所示：

①通入a氣體的電極是電池的 (填“正”或“負”)極，其電極反應式為 .

②常溫下，用此電池以惰性電極電解O．5 L飽和食鹽水(足量)，若兩極共生成氣體1．12 L(已折算為標準狀況下的體積)，則電解后溶液的pH為 (忽略溶液的體積變化)。

Answer 1

（1）2CH4（g）+02(g)2CH3OH(g) △H＝-251.6 kJ/mol

（2）1 33.3%

（3）①4.0×106Pa。

②80℃時速率大且高于80℃時速率變化不明顯，又因為升溫化學平衡逆向移動，轉化率降低。

（4）①甲醇、CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

②13

【解析】

試題分析：（1）由蓋斯定律知(i)×2+(ii)×2+(iii)得2CH4（g）+02(g)2CH3OH(g) 其△H＝（+247.3kJ/mol）×2+（-90.1 kJ/mol）×2+（-566.0 kJ/mol）=-251.6 kJ/mol（2）利用三行式：設反應消耗CH4物質的量為n

CH4（g）+C02(g)2CO(g)+2H2(g)

起始n/mol 6 6 0 0

變化n/mol n n 2n 2n

平衡n/mol 6-n 6-n 2n 2n

由題意得：2n/(12+2n)=1/4 解得n=2mol

K=(12×12)/(1×1)=1

CO轉化率為(2/6)×100%=33.3%（3）①由圖可知， 3．5× 106 Pa 到4．O×106 Pa 之間甲醇轉化率提高最明顯，且4.0×106Pa時甲醇轉化率已經較高，故工業(yè)制取甲酸甲酯選擇的壓強為4.0×106Pa。②圖像中80℃時速率大且高于80℃時速率變化不明顯，又因為該反應為放熱反應升溫不利反應正向進行，所以實際采用的溫度是80℃。（4）①由DMFC的工作原理圖示，根據電子流動方向判斷a為負極通入的為甲醇。電極反應方程式為：CH3OH-6e-+2H2O=CO2+6H+②惰性電極電解O．5 L飽和食鹽水，兩極共生成氣體0.05mol即氫氣、氯氣各0.025mol由反應2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-可得C（OH-）=0.05mol/0.5L=0.1mol/L所以PH＝13

考點：理解蓋斯定律，并能運用蓋斯定律進行有關反應焓變的簡單計算。了解化學平衡常數(shù)的含義，能利用化學平衡常數(shù)進行相關計算。理解外界條件（濃度、溫度、壓強、催化劑等）對反應速率和化學平衡的影響，認識并能用相關理論解釋其一般規(guī)律。 了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。