Question

16．甲醇是重要的化工原料．利用合成气（主要成分CO，CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生主要反应如下：
?CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）?CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
甲醇与CO的结构式分别如图：

（1）已知反应?中相关化学键键能数据如表：

化学键	H-H	C-O	C≡O	H-O	C-H
键能（kJ．mol-1）	436	343	1076	465	413

利用反应?合成1mol甲醇反应放出（填“放出”或“吸收”）能量99kJ
（2）温度为110℃条件下，向体积2L的密闭容器充2molCO₂与4molH₂，发生反应?，10min后达到平衡状态后测得甲醇浓度为0.5mol．L^-1．求氢气的反应速率：0.15mol/（L•min）．
（3）将甲醇与氧气分别通入如图所示的装置的电极中，可构成甲醇燃料电池，请回答下列问题：
通入甲醇的电极是负（填“正”或“负”）极，反应时该电极附近的现象是溶液红色变浅，溶液中K⁺向正（填“正”或“负”）极移动：写出正极反应式：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；若电池工作过程中通过2mol电子，则理论上消耗O₂11.2L（标准状况）．

Answer 1

分析 （1）反应热=反应物总键能-生成物总键能；
（2）依据化学平衡三段式列式计算，经过10min后达到平衡状态．若此时测得CH₃OH蒸气的浓度为0.5mol/L．物质的量为0.5L×2mol/L=1mol；
                    3H₂（g）+?CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 4             2               0                    0
变化量（mol） 3             1               1                    1
平衡量（mol） 1             1               1                    1
据此计算反应速率V=$\frac{△c}{△t}$，
（3）通入甲醇的电极是负极，反应时该电极反应：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故溶液红色变浅；该燃料电池工作时，阳离子向正极移动，电解质溶液为碱性，所以电池正极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；根据串联电路中转移电子相等计算消耗氧气的量；

解答 解：（1）反应热=反应物总键能-生成物总键能，故△H=1076kJ．mol^-1+2×436kJ．mol^-1-（3×413+343+465）kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1；
故答案为：放出； 99  
（2）经过5min后达到平衡状态．若此时测得CH₃OH蒸气的浓度为0.5mol/L．物质的量为0.5L×2mol/L=1mol；
                      3H₂（g）+?CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol） 4             2               0                    0
变化量（mol） 3             1               1                    1
平衡量（mol） 1             1               1                    1
据此计算以H₂的浓度变化表示的该反应反应速率V=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{10min}$=0.15mol/（L•min），
故答案为：0.15mol/（L•min）；
（3）通入甲醇的电极是负极，反应时该电极反应：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故溶液红色变浅；该燃料电池工作时，阳离子向正极移动，氧气在碱性电解质溶液中得电子，所以电池正极的电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，电池工作过程中通过2mol电子，则理论上消耗O₂的体积=$\frac{2mol}{4}$×22.4L/mol=11.2L
故答案为：负；溶液红色变浅；正；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；11.2L．

点评 本题考查了原电池原理，涉及电极反应式的书写、热化学反应方程式、物质的量的计算等知识点，这些知识点都是考试热点，根据串联电路中转移电子相等进行计算，难点是电极反应式的书写，题目难度中等．