Question

【題目】甲醇是一種重要的化工原料，又是一種可再生資源，具有開發和應用的廣闊前景。

（1）已知：CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) △H=+84kJ/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol

①工業上常以甲醇為原料制取甲醛，請寫出CH3OH(g)與O2(g)反應生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學方程式：________________。

②在上述制備甲醛時，常向反應器中通入適當過量的氧氣，其目的是_________________。

（2）工業上可用如下方法合成甲醛，化學方程式為CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)，已知某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C=O	O-H
鍵能/kJ/mol	348	413	436	358	x	463

請回答下列問題：

①如圖中曲線a到曲線b的措施是_______________。

②已知CO中的C與O之間為三鍵，其鍵能為xkJ/mol，則x=___________。

（3）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續使用一個月才充一次電。

①該電池正極的電極反應式為____________________。

②若以該電池為電源，用石墨作電極電解200mL含有如下離子的溶液。

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol/L	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件下）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶液現象）陽極上收集到氧氣的質量為_____________。

（4）電解水蒸氣和CO2產生合成氣（H2+CO），較高溫度下（70-1000℃），在SOEC兩側電極上施加一定的直流電壓，H2O和CO2在氫電極發生還原反應產生O2-，O2-穿過致密的固體氧化物電解質層到達氧電極，在氧電極發生氧化反應得到純O2。由右圖可知A為直流電源的 (填“正極”或“負極”)，請寫出以H2O為原料生成H2的電極反應式：____________。

Answer 1

【答案】（1）①2CH3OH(g)+O2(g)＝2HCHO(g)+2H2O(g) △H=-316 kJ·mol-1

②提高甲醇的轉化率（2分）

（2）①使用 加入催化劑 ②1097（3）①O2+2H2O -4e-=4OH-②3.2 g

（4）H2O+2e-=H2↑+O2-

【解析】

試題分析：（1）①已知：⑴CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) △H=+84kJ/mol

⑵2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol

根據蓋斯定律可知⑴×2+⑵即可得到CH3OH(g)與O2(g)反應生成HCHO(g)和H2O(g)的熱化學方程式為2CH3OH(g)+O2(g)＝2HCHO(g)+2H2O(g) △H=-316 kJ·mol-1。

②向反應器中通入適當過量的氧氣，使平衡向正反應方向進行，提高甲醇的轉化率。

（2）①圖中曲線a到曲線b降低了反應的活化能，其其措施是加入了催化劑。

②反應熱＝反應物中鍵能之和－生成物中鍵能之和，則根據方程式可知x+2×436－3×413－358－463＝419－510，解得x=1097。

（3）①電池正極得到電子，則正極是氧氣放電，其電極反應式為O2+2H2O -4e-=4OH-。

②電解一段時間后，兩極收集到相同體積（相同條件下）的氣體，這說明陰極上除了銅離子放電外，還有氫離子放電，銅離子的物質的量是0.1mol，設氣體的物質的量是xmol，則根據電子得失守恒可知0.1×2+2x＝4x，解得x＝0.1，所以氧氣的質量＝0.1mol×32g/mol＝3.2g。

（4）A電極產生氫氣和CO，所以該電極是陰極，因此A電極是負極，水得到電子產生氫氣的電極反應式為H2O+2e-=H2↑+O2- 。