Question

生物质能是一种洁净、可再生能源．生物质气（主要成分为 CO、CO₂、H₂ 等）与H₂混合，催化合成甲醇和二甲醚（CH₃OCH₃）及许多烃类物质等，是生物质能利用的方法之一．
（1）已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表：

气化反应式	1gK
	700K	900K	1200K
C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）	-2.64	-0.39	1.58
C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）	-1.67	-0.03	1.44

反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），该反应的△H

 

0（选填：“＞”、“＜”、“=”）；在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=

 

．
（2）甲醇是一种重要的能源和化工原料，工业上合成甲醇的反应为：CO+2H₂?CH₃OH．现已知：H₂（g）、CO（g）、CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．则：CH₃OH不完全燃烧生成CO和液态H₂O的热化学反应方程式

 

．
（3）在一定温度、压强和催化条件下，工业上用CO和H₂反应生成二甲醚，同时产生一种参与大气循环的无机物．则该反应的化学反应方程式为：

 

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（4）下图左为绿色电源“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图．a电极上发生反应的电极反应式为

 

．
（5）连接下图右装置的电源为（4）问中的二甲醚燃料电池．接通电源一段时间后，观察到装置中电解质溶液颜色由无色变为蓝色，并逐渐加深．则该装置中的Cu电极应与二甲醚燃料电池中

 

 电极（填a或b）相连．通电时发生反应的总的离子反应方程式为：

 

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Answer 1

考点：反应热和焓变,化学电源新型电池

专题：化学反应中的能量变化,电化学专题

分析：（1）从表中数据看，随温度的升高，平衡常数的对数值增大，平衡常数也增大，然后利用盖斯定律解题；
（2）根据CO和CH₃OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（3）工业上用CO和H₂反应生成二甲醚，同时产生一种参与大气循环的无机物，该无机物可能为二氧化碳或水，结合质量守恒书写化学方程式；
（4）a电极为燃料电池的负极，发生氧化反应；
（5）电解质溶液颜色由无色变为蓝色，可说明铜被氧化，则铜为电解池的阳极，以此解答．

解答： 解：（1）表中 C（s）+2H₂O（g）=CO₂（g）+2H₂（g）减去C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g） 可得方程式CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），
相应地第2个方程式的平衡常数除以第1个方程式的平衡常数得该反应的平衡常数，则平衡常数的对数应为：
700K时：-1.67-（-2.64）=0.97，
900K时：-0.03-（-0.39）=0.36，
可知随温度的升高，平衡常数的对数值减小，平衡常数也减小，说明升高温度平衡逆向移动，则为放热反应，则△H＜0，
故答案为：＜； 0.36；
（2）已知CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，则
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），该反应的反应热△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）；△H=-443.5KJ/mol；
（3）工业上用CO和H₂反应生成二甲醚，同时产生一种参与大气循环的无机物，该无机物可能为二氧化碳或水，
该反应的化学方程式为：3CO+3H₂=（CH₃）₂O+CO₂或者2CO+4H₂=（CH₃）₂O+H₂O，
故答案为：3CO+3H₂=（CH₃）₂O+CO₂或者2CO+4H₂=（CH₃）₂O+H₂O；
（4）反应本质是二甲醚的燃烧，原电池负极发生氧化反应，二甲醚在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电．由图可知，a极为负极，二甲醚放电生成二氧化碳与氢离子，a电极的电极反应式为 CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺，
故答案为：（CH₃）₂O-12e^-+3H₂O=2CO₂+12H⁺；
（5）电解质溶液颜色由无色变为蓝色，可说明铜被氧化，则铜为电解池的阳极，应连接电源的正极，即b极，而阴极生成氢气，则通电时发生反应的总的离子反应方程式为Cu+2H⁺

电解  .

=Cu²⁺+H₂↑，
故答案为：b； Cu+2H⁺

电解  .

=Cu²⁺+H₂↑．

点评：本题综合性较大，涉及反应热、化学平衡、原电池等，难度中等，（4）中电极反应式书写是易错点，可以先写出正极电极反应式，利用总反应式减正极反应式即为负极反应式．