Question

能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上合成甲醇的反應原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，
下表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷△H

＜

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②在300℃時，將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時反應將

A

．
A．向正方向移動   B．向逆方向移動   C．處于平衡狀態(tài)   D．無法判斷
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ?mol^-1
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
寫出該條件下甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1

．
（3）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質構成燃料電池總反應為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，則負極的電極反應式為

CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O

，隨著反應的不斷進行溶液的pH

減小

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（4）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應式為

2Cl^--2e^-=Cl₂↑

；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12（25℃下測定），則理論上消耗氧氣的體積為

56

mL（標況下）．

Answer 1

分析：（1）①、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動；
②、計算此時的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應進行的方向；
（2）根據(jù)蓋斯定律①-②可得甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式；
（3）負極發(fā)生氧化反應，甲醇在負極放電，氧氣在正極放電，正極電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，總反應式減去正極反應式可得負極反應式，由電池總反應式可知OH^-參加反應，OH^-濃度降低；
（4）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應生成氯氣．電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，據(jù)此計算生成的氯氣的物質的量，根據(jù)電子轉移守恒計算原電池消耗的氧氣的物質的量，進而計算體積．

解答：解：（1）①、由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應移動，故正反應為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
②、將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時的濃度商Qc=

2

2×32

=

1

9

，小于0.27，故反應向正反應進行，故答案為：A；
（2）根據(jù)蓋斯定律①-②可得 2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=（-1451.6kJ?mol^-1）-（-566.0kJ?mol^-1）
=-885.6kJ?mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
（3）負極發(fā)生氧化反應，甲醇在負極放電，氧氣在正極放電，正極電極反應式為3O₂+6H₂O+12e^-=12OH^-，電池總反應為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，總反應式減去正極反應式可得2CH₃OH+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，故負極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，由電池總反應式可知OH^-參加反應，OH^-濃度降低，酸性增強，溶液pH減小，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；減�。�
（4）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應生成氯氣，電極反應式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據(jù)反應2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

=0.005mol，根據(jù)電子轉移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）=

0.005mol×2

4

=0.0025mol，故原電池消耗氧氣的體積為0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；56．

點評：本題目綜合性較大，涉及化學平衡常數(shù)、熱化學方程式、原電池與電解池工作原理及計算等，難度中等，注意（3）中利用總反應式減去正極反應式書寫負極電極反應式時，轉移電子數(shù)目應相等．