Question

甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用．工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：
（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.3kJ?mol^-1
（Ⅱ）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ?mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
（1）用CH₄和O₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为

 

．
（2）400℃时，向4L恒容密闭容器中通入6molCO₂和6molCH₄，发生反应（Ⅰ），平衡体系中各组分的体积分数均为

1

4

，则400℃时该反应的平衡常数K=

 

．若温度升高至500℃，则反应（Ⅰ）的平衡常数K会

 

（填“增大”或“减小”）．
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ?mol^-1，科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是

 

（填“3.5×10⁶Pa”、“4.0×10⁶Pa”或“5.0×10⁶Pa”）．
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是

 

．
（4）直接甲醇燃料电池（简称DMFC）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．DMFC的工作原理如图2所示，通入a气体的电极时电池的

 

（填“正”或“负”），其电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：用化学平衡常数进行计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,电解原理

专题：

分析：（1）根据盖斯定律计算书写热化学方程式；
（2）根据平衡体系中各组分的体积分数均为

1

4

，利用三段式计算出平衡时各组分的含量，计算平衡常数，反应是吸热反应，升温平衡正向进行；
（3）①依据转化率曲线分析判断；
②图象分析速率随温度变化的趋势分析回答；
（4）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．

解答： 解：（1）根据（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ?mol^-1
（Ⅱ）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ?mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ?mol^-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H，故△H=2△H₁+2△H₂+△H₃=（+247.3kJ?mol^-1）×2+（-90.1kJ?mol^-1）×2+（-566.0kJ?mol^-1）=-251.6kJ?mol^-1，所以用CH₄和O₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ?mol^-1，
故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ?mol^-1；
（2）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
起始（mol） 6        6         0       0
变化（mol） x        x         2x      2x
平衡（mol）6-x       6-x       2x      2x
平衡体系中各组分的体积分数均为

1

4

，所以6-x=2x，解得x=2，
则此温度下该反应的平衡常数X=

c2(CO)c2(H2)

c(CH4)c(CO2)

=

( 4 4 )2×( 4 4 )2

4 4 × 4 4

=1，
反应是吸热反应，升温平衡正向进行，若温度升高至500℃，则反应（Ⅰ）的平衡常数K会增大；
故答案为：1；增大；
（3）①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率变化最大的是4.0×10⁶Pa，
故答案为：4.0×10⁶Pa；
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，
故答案为：高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低；
（4）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⁺．

点评：本题考查了盖斯定律的应用、热化学方程式的计算书写、化学平衡的计算、图象分析判断以及电化学的知识等，注意掌握基础知识的掌握，题目难度中等．