Question

【題目】水煤氣法制取甲醇（CH3OH）的反應及其反應的焓變、平衡常數如下：

① CH4(g) + 1/2 O2(g)CO(g) + 2H2(g) H1 =－35.4kJ·mol－1 平衡常數K1

② CO(g) + 2H2(g) CH3OH (g) H2 =－90.1 kJ·mol－1 平衡常數K2

③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g) H3 平衡常數K3

（1）在25℃、101kPa下，1g液態甲醇燃燒生成CO2和液態水時放熱22.68kJ。則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為_________________________________。

（2）依據蓋斯定律求出反應③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g) H3 =_____kJ·mol－1，相同溫度下K3=______（用含K1、K2代數式表示）。

（3）下列關于化學反應中的能量及變化理解錯誤的是（填字母序號）______。

a．反應中活化能的作用是使反應物活化，從而啟動反應或改變反應速率

b．化學鍵的斷裂與形成一定伴隨著電子的轉移和能量變化

c．在一定條件下，某一化學反應是吸熱反應還是放熱反應，由生成物與反應物的焓值差即焓變（H）決定

d．氯化鈉晶體熔化時，離子鍵被破壞，吸收能量，發生化學變化

e．200℃、101kPa時，1 mol H2和碘蒸氣作用生成HI的反應，熱化學方程式表示如下：

H2(g)＋I2(g) === 2HI(g)　 H3 = -14.9 kJ·mol－1

f．燃燒熱定義中“生成穩定的氧化物”，意味著這些氧化物不能再燃燒了

（4）甲醇燃料電池的種類很多，我們常用的一種甲醇燃料電池，是以甲醇與氧氣的反應為原理設計的，其電解質溶液是KOH溶液。該電池負極的電極反應式為_____________________________。

如圖是自呼吸式甲醇燃料電池工作示意圖。圖中進入c口的物質可能是______________，若有16g甲醇參與原電池反應，理論上電池內部有___________mol 質子通過質子交換膜。

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO 2(g)+2H2O(l) ΔH＝-725.76kJ·mol-1 -251 K12·K22 b d e CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O O2或空氣 3mol

【解析】

（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃燒生成CO2和液態水時放熱22.68kJ，32g甲醇燃燒生成液態水和二氧化碳氣體放熱22.68kJ×32=725.8kJ，依據熱化學方程式的書寫方法和注意問題，標注對應反應的焓變寫出；

（2）根據蓋斯定律進行求算；

（3）結合化學反應中的能量及變化理解；

（4）甲醇燃料電池負極為甲醇失電子，正極為氧氣得電子。

（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃燒生成CO2和液態水時放熱22.68kJ，32g甲醇燃燒生成液態水和二氧化碳氣體放熱22.68kJ×32=725.8kJ，反應的熱化學方程式為：CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-725.8kJ/mol；

（2）已知① CH4(g) + O2(g)CO(g) + 2H2(g) H1 =－35.4kJ·mol－1

② CO(g) + 2H2(g) CH3OH (g) H2 =－90.1 kJ·mol－1

根據蓋斯定律，由①+②得反應③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g) H3=（H1 +H2） =（－35.4kJ·mol－1－90.1 kJ·mol－1） =-251 kJ·mol－1；

K3= K12·K22；

（2）a、活化能的作用在于使反應物活化，從而啟動反應或改變反應速率，故a正確；

b．成鍵釋放能量，但不一定發生氧化還原反應，則化學鍵的形成一定伴隨著能量變化，不一定存在電子的轉移，故b錯誤；

c．反應放熱或吸熱的能量變化是有反應物和生成物的焓值差決定，即焓變決定反應熱量變化，故c正確；

d．化學反應是實質是有舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，離子鍵被破壞的變化不一定發生化學變化，氯化鈉晶體熔化時，離子鍵被破壞，吸收能量，無化學鍵形成，未發生化學變化，故d錯誤；

e.在200℃、101kPa時，1 mol H2和碘蒸氣作用生成HI的反應是可逆反應，放出14.9kJ的熱量，則熱化學方程式可表示為：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)△H<-14.9kJ/mol，故e錯誤；

f．燃燒熱定義中“生成穩定的氧化物”，意味著這些氧化物不能再燃燒了，如碳生成二氧化碳，故f正確；

答案選bde；

（4）堿性條件下甲醇在電池負極失去電子產生碳酸根離子，電極反應式為CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O；

如圖是自呼吸式甲醇燃料電池工作示意圖。原電池中陽離子氫離子定向移動到正極，圖中進入c口的物質可能是氧氣或空氣；

根據電極反應式為CH3OH-6e-+OH-==CO32-+6H2O，若有16g甲醇（0.5mol）參與原電池反應，理論上電池內部有3mol 質子通過質子交換膜。