Question

(14分)甲醇是一種重要的化工原料，在生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用。工業(yè)上用甲烷氧化法合成甲醇的反應(yīng)有：

(1)用CH4和02直接制備甲醇蒸氣的熱化學(xué)方程式為 。

(2)某溫度下，向4 L恒容密閉容器中通人6 mol C02和6mol CH4，發(fā)生反應(yīng)(i)，平衡體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)均為，則此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K= ，CH4的轉(zhuǎn)化率為 。

(3)工業(yè)上可通過(guò)甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

，科研人員對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行了研究，部分研究結(jié)果如下：

①?gòu)姆磻?yīng)壓強(qiáng)對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是 (填“3．5× 106 Pa” “4．O×106 Pa”或“5.0× 106 Pa”)。

②實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是 。

(4)直接甲醇燃料電池(簡(jiǎn)稱DMFC)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來(lái)越受到關(guān)注。DMFC的工作原理如圖所示：

①通入a氣體的電極是電池的 (填“正”或“負(fù)”)極，其電極反應(yīng)式為 .

②常溫下，用此電池以惰性電極電解O．5 L飽和食鹽水(足量)，若兩極共生成氣體1．12 L(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)，則電解后溶液的pH為 (忽略溶液的體積變化)。

Answer 1

（1）2CH4（g）+02(g)2CH3OH(g) △H＝-251.6 kJ/mol

（2）1 33.3%

（3）①4.0×106Pa。

②80℃時(shí)速率大且高于80℃時(shí)速率變化不明顯，又因?yàn)樯郎鼗瘜W(xué)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低。

（4）①甲醇、CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

②13

【解析】

試題分析：（1）由蓋斯定律知(i)×2+(ii)×2+(iii)得2CH4（g）+02(g)2CH3OH(g) 其△H＝（+247.3kJ/mol）×2+（-90.1 kJ/mol）×2+（-566.0 kJ/mol）=-251.6 kJ/mol（2）利用三行式：設(shè)反應(yīng)消耗CH4物質(zhì)的量為n

CH4（g）+C02(g)2CO(g)+2H2(g)

起始n/mol 6 6 0 0

變化n/mol n n 2n 2n

平衡n/mol 6-n 6-n 2n 2n

由題意得：2n/(12+2n)=1/4 解得n=2mol

K=(12×12)/(1×1)=1

CO轉(zhuǎn)化率為(2/6)×100%=33.3%（3）①由圖可知， 3．5× 106 Pa 到4．O×106 Pa 之間甲醇轉(zhuǎn)化率提高最明顯，且4.0×106Pa時(shí)甲醇轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，故工業(yè)制取甲酸甲酯選擇的壓強(qiáng)為4.0×106Pa。②圖像中80℃時(shí)速率大且高于80℃時(shí)速率變化不明顯，又因?yàn)樵摲磻?yīng)為放熱反應(yīng)升溫不利反應(yīng)正向進(jìn)行，所以實(shí)際采用的溫度是80℃。（4）①由DMFC的工作原理圖示，根據(jù)電子流動(dòng)方向判斷a為負(fù)極通入的為甲醇。電極反應(yīng)方程式為：CH3OH-6e-+2H2O=CO2+6H+②惰性電極電解O．5 L飽和食鹽水，兩極共生成氣體0.05mol即氫氣、氯氣各0.025mol由反應(yīng)2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-可得C（OH-）=0.05mol/0.5L=0.1mol/L所以PH＝13

考點(diǎn)：理解蓋斯定律，并能運(yùn)用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)焓變的簡(jiǎn)單計(jì)算。了解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。理解外界條件（濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等）對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，認(rèn)識(shí)并能用相關(guān)理論解釋其一般規(guī)律。 了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。