Question

【題目】甲醇可作為燃料電池的原料。CO2和CO可作為工業合成甲醇（CH3OH）的直接碳源，

（1）已知在常溫常壓下：

①CH3OH（l）+ O2（g）=CO（g） + 2H2O（g）； ΔH＝﹣355.0 kJ∕mol

②2CO（g）+ O2（g）= 2CO2（g） ΔH＝－566.0 kJ/mol

③H2O（l）=H2O（g） ΔH＝+44.0 kJ/mol

寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式：___________________________

（2）利用CO和H2在一定條件下可合成甲醇，發生如下反應：CO（g）＋2H2（g）=CH3OH（g），其兩種反應過程中能量的變化曲線如下圖a、b所示，下列說法正確的是__________

A．上述反應的ΔH＝－91kJ·mol－1

B．a反應正反應的活化能為510kJ·mol－1

C．b過程中第Ⅰ階段為吸熱反應，第Ⅱ階段為放熱反應

D．b過程使用催化劑后降低了反應的活化能和ΔH

E．b過程的反應速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段

（3）下列是科研小組設計的一個甲醇燃料電池，兩邊的陰影部分為a，b惰性電極，分別用導線與燒杯的m，n相連接，工作原理示意圖如圖：

①b極電極反應式為____________。

②在標準狀況下，若通入112mL的O2，（假設燒杯中的溶液的體積為200mL，體積不變）最后反應終止時燒杯中溶液的pH為______。

（4）可利用CO2根據電化學原理制備塑料，既減少工業生產對乙烯的依賴，又達到減少CO2排放的目的。以納米二氧化鈦膜為工作電極，稀硫酸為電解質溶液，在一定條件下通入CO2進行電解，在陰極可制得低密度聚乙烯（簡稱LDPE）。

①電解時，陰極的電極反應式是________。

②工業上生產1.4×102kg的LDPE，理論上需要標準狀況下________L的CO2。

Answer 1

【答案】CH3OH（l）＋ O2（g） ===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－726.0 kJ/mol ACE CH3OH -6e-+3 CO32—== 4 CO2＋2H2O 13 2n CO2 + 12nH+ + 12n e— == + 4n H2O 2.24×105

【解析】

(1)已知在常溫常壓下：①CH3OH(l)+ O2(g)=CO(g) + 2H2O(g)； ΔH＝﹣355.0 kJ∕mol，②2CO(g)+ O2(g)= 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ/mol，③H2O(l)=H2O(g) ΔH＝+44.0 kJ/mol，由蓋斯定律可知，①+②× - ③×2得CH3OH(l)＋ O2(g) ===CO2(g)＋2H2O(l)，由此計算ΔH；

(2)A．根據能量變化圖分析，反應的焓變△H=正反應活化能-逆反應活化能；

B．a反應正反應的活化能為419KJ/mol；

C．圖象曲線變化和能量變化可知b過程中第Ⅰ階段為吸熱反應，第Ⅱ階段為放熱反應；

D．催化劑加入改變反應歷程，但不改變反應的熱效應；

E．b過程的反應速率取決于反應活化能的大小，活化能越大反應速率越小；

(3)①得電子發生還原反應的電極為正極，失電子發生氧化反應的電極為負極，b電極上甲醇失電子發生氧化反應；

②根據圖知，a為正極、b為負極，電解氯化鈉溶液時，m為陽極、n為陰極，根據電解池反應式2NaCl+2H2OH2↑+Cl2+2NaOH，結合守恒法計算；

(4)①2nCO2→，碳的化合價從+4變為-2，每個C原子得到6個電子，則2nCO2總共得到12n個電子，根據電荷守恒書寫該電極反應式；

②工業上生產1.4×104kg的LDPE，根據2nCO2～計算出需要二氧化碳的物質的量，然后根據V=nVm計算出需要標況下二氧化碳的體積。

(1)已知在常溫常壓下：①CH3OH(l)+ O2(g)=CO(g) + 2H2O(g)； ΔH＝﹣355.0 kJ∕mol，②2CO(g)+ O2(g)= 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ/mol，③H2O(l)=H2O(g) ΔH＝+44.0 kJ/mol，由蓋斯定律可知，①+②× - ③×2得CH3OH(l)＋ O2(g) ===CO2(g)＋2H2O(l)，則ΔH=(﹣355.0 kJ∕mol)+(－566.0 kJ/mol)× - (+44.0 kJ/mol)×2=－726.0 kJ/mol，甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH(l)＋ O2(g) ===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－726.0 kJ/mol；

(2)A．上述反應的△H=(419-510)kJmol-1=-91kJmol-1，故A正確；

B．a反應正反應的活化能為419kJmol-1，故B錯誤；

C．圖象曲線變化和能量變化可知，b過程中生成物能量高，則第Ⅰ階段為吸熱反應，第Ⅱ階段生成物能量低于反應物，反應為放熱反應，故C正確；

D．b過程使用催化劑后降低了反應的活化能，加快反應速率，不改變反應的△H，故D錯誤；

E．b過程中第Ⅱ階段的活化能小于第Ⅰ階段的活化能，反應速率慢，反應速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段，故E正確；

故答案為：ACE；

(3)①得電子發生還原反應的電極為正極，失電子發生氧化反應的電極為負極，所以a為正極、b為負極，b電極上甲醇失電子發生氧化反應生成二氧化碳，負極反應式為CH3OH -6e-+3 CO32—= 4 CO2＋2H2O；

②根據圖知，a為正極、b為負極，電解氯化鈉溶液時，m為陽極、n為陰極，根據電解池反應式2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH，在標準狀況下，若通入112mL的O2的物質的量為=0.005mol，轉移電子為0.005mol×4=0.02mol，電解池中每轉移2mol電子生成2molNaOH，則電解后生成NaOH0.02mol，濃度為=0.1mol/L，溶液pH=13；

(4)①2nCO2→，碳的化合價從+4變為-2，每個C原子得到6個電子，則2nCO2總共得到12n個電子，根據電荷守恒可得該電極反應式為：2nCO2+12e-+12nH+=+4nH2O；

②工業上生產1.4×102kg的LDPE，根據2nCO2～LDPE可知，需要二氧化碳的物質的量為：×2n=1×104mol，理論上需要標準狀況下CO2的體積是：22.4L/mol×1×104mol=2.24×105。