Question

16．甲醇是重要的化工原料，氣態(tài)甲醇催化脫氫制備甲醛轉(zhuǎn)化的能量關(guān)系如圖所示．
（1）甲醇脫氫轉(zhuǎn)化為甲醛是吸熱反應(yīng)，（填“放熱”或“吸熱”），過(guò)程Ⅰ與過(guò)程Ⅱ的反應(yīng)熱相同（填“相同”或“不同”），E₄-E₃的含義是降低的活化能值．
（2）工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應(yīng)有：
①CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ•mol^-1
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1
③2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ•mol^-1
用CH₄和0₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1．
（3）甲醇可用于制備綠色堿性燃料電池，既可提高能源利用率，又利于分環(huán)境保護(hù)．甲醇、KOH溶液、空氣構(gòu)成的燃料電池工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（4）用此電池作電源進(jìn)行模擬工業(yè)上精煉銅，則應(yīng)用粗銅（含F(xiàn)e、Zn、Ag、Au等雜質(zhì)）作電解池的陽(yáng)極，該電極發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)為Cu-2e^-=Cu²⁺，若陰極增重19.2g，則理論上需要甲醇3.2g．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量低，為吸熱反應(yīng)，反之為放熱反應(yīng)，通過(guò)比較反應(yīng)物和生成物的總能量的角度來(lái)得出反應(yīng)吸熱；反應(yīng)熱取決于反應(yīng)物和生成物的總能量的大小，與起始狀態(tài)和反應(yīng)的最終狀態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)；E₄-E₃為降低了反應(yīng)的活化能值；
（2）已知：（i）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ•mol^-1
（ii）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1
（iii）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g） ）△H₃=-566.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，i×2+2×ii+iii可得：2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
（4）電解法精煉銅時(shí)，粗銅作陽(yáng)極，與電源的正極相連，主要反應(yīng)為銅失去電子，純銅作陰極，與電源的負(fù)極相連；若用該電池電解精煉銅，依據(jù)串聯(lián)電路中各個(gè)電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同，依據(jù)電子守恒計(jì)算理論上需要甲醇的質(zhì)量．

解答 解：（1）通過(guò)圖象可以看出，反應(yīng)物的總能量比生成物的總能量低，故為吸熱反應(yīng)，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)僅與反應(yīng)的起始狀態(tài)和反應(yīng)的最終狀態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)，僅取決于反應(yīng)物和生成物的總能量的大小，過(guò)程Ⅰ與過(guò)程Ⅱ的反應(yīng)熱是相同的，過(guò)程Ⅱ與過(guò)程Ⅰ比較活化能減小，E₄-E₃為降低了反應(yīng)的活化能值，
故答案為：吸熱；相同；降低的活化能值；
（2）已知：（i）CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ•mol^-1
（ii）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1
（iii）2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g） ）△H₃=-566.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，i×2+2×ii+iii可得：得2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H，故△H=2△H₁+2△H₂+△H₃=（+247.3kJ•mol^-1）×2+（-90.1kJ•mol^-1）×2+（-566.0kJ•mol^-1）=-251.6kJ•mol^-1，所以用CH₄和O₂直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）?2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（4）電解精煉銅時(shí)，粗銅應(yīng)作陽(yáng)極，電解池的陰極材料是純銅，陽(yáng)極主要電極反應(yīng)為：Cu-2e^-=Cu²⁺，電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，F(xiàn)e、Zn比Cu活潑，故Fe、Zn在陽(yáng)極比Cu更容易失去電子，變成Fe²⁺、Zn²⁺進(jìn)入溶液；在陰極，F(xiàn)e²⁺、Zn²⁺比Cu²⁺難于得到電子，因此不能在陰極析出，最終留在溶液中，Cu比Ag、Au活潑，故Ag、Au在陽(yáng)極比Cu難于失去電子，因此不能溶解進(jìn)入溶液，最終以陽(yáng)極泥的形式沉淀出來(lái)，所以電解精煉銅，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，每轉(zhuǎn)移2mol電子，析出64g銅，所以陰極質(zhì)量增重19.2g時(shí)，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為：$\frac{19.2g}{64g/mol}$×2=0.6mol，電池與電解池為串聯(lián)，所以當(dāng)電解池中轉(zhuǎn)移0.6mol電子，電池中轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.6mol，依據(jù)CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O可知需0.1mol甲醇，質(zhì)量為m=nM=0.1mol×32g/mol=3.2g，
故答案為：3.2．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了反應(yīng)中能量的變化、熱化學(xué)方程式的書寫、電解池工作原理及相關(guān)計(jì)算，理清甲醇和氫氣的熱量關(guān)系、熟悉原電池、電解池工作原理及各個(gè)電極發(fā)生反應(yīng)是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等．