Question

（14分）甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛。

（1）利用太阳能或生物质能分解水制H2，然后可将H2与CO2转化为甲醇。已知：

光催化制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.5 kJ/mol ①

H2与CO2耦合反应：3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－137.8 kJ/mol ②

则反应：2H2O(l)＋CO2(g) = CH3OH(l)＋3/2O2(g)的ΔH＝ kJ/mol。

你认为该方法需要解决的技术问题有 （填字母）。

a. 开发高效光催化剂

b. 将光催化制取的H2从反应体系中有效分离，并与CO2耦合催化转化

c. 二氧化碳及水资源的来源供应

（2）工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下（有关数据均为在298 K时测定）：

反应I：CH3OH(g)＝HCHO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋92.09kJ/mol，K1＝3.92×10－11。

反应II：CH3OH(g)＋1/2O2(g)＝HCHO(g)＋H2O(g) ΔH2＝－149.73 kJ/mol，K2＝4.35×1029。

①从原子利用率看，反应 （填“I”或“II”。下同）制甲醛的原子利用率更高。从反应的焓变和平衡常数K值看，反应 制甲醛更有利。

②下图是甲醇制甲醛有关反应的lgK（平衡常数的对数值）随温度T的变化。图中曲线（1）表示的是反应 。

（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下将NH4＋氧化为NO3－（2NH4++3O2＝2HNO2+2H2O +2H+；2HNO2 +O2＝2HNO3）。然后加入甲醇，甲醇和NO3－反应转化为两种无毒气体。

①上述方法中，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为 g。

②写出加入甲醇后反应的离子方程式： 。

（4）甲醇燃料电池的工作原理如图所示，则该电池负极的电极反应式为 。

 

 

Answer 1

共14分。每空2分。

（1）-719.5（2分） ab（2分）

（2）①I（1分） II（1分） ②II（2分）

（3）①4.57（2分）

②6NO3－＋5CH3OH＋6H＋＝3N2↑＋5CO2↑＋13H2O（2分）

（4）CH3OH+H2O–6e－=CO2↑+6H+（2分）

【解析】

试题分析：（1）由盖斯定律得2H2O(l)＋CO2(g) = CH3OH(l)＋3/2O2(g)的ΔH＝（①×3+②×2）/2，将①②的代入上式中得所求ΔH=-719.45kJ/mol；利用太阳能或生物质能分解水制H2，需要开发高效光催化剂，使水易在太阳光的作用下分解，同时将光催化制取的H2从反应体系中有效分离，并与CO2耦合催化转化，但二氧化碳及水资源的来源供应不是需要解决的技术问题，答案选ab；

（2）反应物中的原子尽可能的转化为生成物，原子的利用率越高，所以反应I的原子利用率高；反应II的化学平衡常数较大，说明反应进行的彻底程度较大，而且反应II是放热反应，所以从反应的焓变和平衡常数K值看，反应II制甲醛有利；

（3）①根据所给方程式可知2NH4+～4O2～2HNO3，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为2×32/14=4.57g，

②甲醇和NO3－反应转化为两种无毒气体，从元素守恒角度判断无毒气体是氮气和二氧化碳，另一种产物是水，离子方程式为6NO3－＋5CH3OH＋6H＋＝3N2↑＋5CO2↑＋13H2O

（4）燃料电池中燃料在电池的负极发生氧化反应，结合图中信息，甲醇被氧化为二氧化碳和氢离子，所以该电池的负极反应式为CH3OH+H2O–6e－=CO2↑+6H+

考点：考查盖斯定律的应用，化学平衡常数的应用，关系式法的应用，原电池电极反应式的书写