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(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，
下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)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(yīng)將______．
A．向正方向移動   B．向逆方向移動   C．處于平衡狀態(tài)   D．無法判斷
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ?mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
寫出該條件下甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：______．
（3）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為______，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的pH______（填“增大”“減小”或“不變”）．
（4）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(yīng)式為______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(biāo)況下）．

Answer 1

【答案】分析：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動；
②計算此時的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（2）根據(jù)蓋斯定律①-②可得甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極放電，氧氣在正極放電，正極電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得負(fù)極反應(yīng)式，由電池總反應(yīng)式可知OH^-參加反應(yīng)，OH^-濃度降低；
（4）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)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(jù)此計算生成的氯氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算原電池消耗的氧氣的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算體積．
解答：解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，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==，小于0.27，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故答案為：A；
（2）根據(jù)蓋斯定律①-②可得 2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=（-1451.6kJ?mol^-1）-（-566.0kJ?mol^-1）
=-885.6kJ?mol^-1，
即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
（3）負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極放電，氧氣在正極放電，正極電極反應(yīng)式為3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-，電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式可得2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，故負(fù)極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，由電池總反應(yīng)式可知OH^-參加反應(yīng)，OH^-濃度降低，酸性增強，溶液pH減小，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；減��；
（4）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，電極反應(yīng)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(jù)反應(yīng)2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×=0.005mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）==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：本題目綜合性較大，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式、原電池與電解池工作原理及計算等，難度中等，注意（3）中利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式書寫負(fù)極電極反應(yīng)式時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目應(yīng)相等．