Question

14．甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景．工业生产甲醇的常用方法是CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H＜0．
（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（液态）完全燃烧后，恢复到原状态放热Q kJ，则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32QkJ•mol^-1．
（2）工业上利用甲醇制备氢气常用的方法之一是甲醇蒸气重整法．此方法当中的一个主要反应为CH₃OH（g）═CO（g）+2H₂（g），说明该反应能自发进行的原因反应是熵增加的反应．△S＞0．
（3）甲醇燃料电池由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染、可作为常规能源的替代品而越来越受到关注．其工作原理如图，质子交换膜左右两侧的溶液均为1L 1.5mol/L H₂SO₄溶液．
①通入气体a的电极是电池的负（填“正”或“负”）极，其电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②当电池中有2mol e^-发生转移时，左右两侧溶液的质量之差为24g（忽略气体的溶解，假设反应物完全耗尽）．

Answer 1

分析 （1）依据燃烧热概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，题干所给量计算32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热，结合热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和对应焓变；
（2）反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是△H-T△S＜0，反应是熵增加的反应；
（3）①根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应；
②负极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，根据电解池的工作原理和电极方程式来计算．

解答 解：（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃烧生成CO₂和液态水时放热QkJ．32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为32QKJ；则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32QkJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-32QkJ•mol^-1；
（2）反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是△H-T△S＜0，反应是熵增加的反应，
故答案为：反应是熵增加的反应，△S＞0；
（3）①根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为 CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案为：负；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②负极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，当转移2mol电子时，左侧质量减轻$\frac{1}{6}$×2×（44-32）g=4g，还要有2molH⁺通过质子交换膜进入右侧，质量减少2g，正极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，右侧质量增加32g×$\frac{1}{4}$×2=16g，加上转移过来的2gH⁺，因此左右两侧溶液的质量之差为16g+2g+4g+2g=24g，
故答案为：24g；

点评 本题考查了反应热的计算、盖斯定律的应用，题目难度中等，注意掌握热化学方程式的书写原则，明确盖斯定律在反应热计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．