Question

19．Ⅰ．工業(yè)上主要以甲醇為原料進(jìn)行制備甲醛（HCHO）．
甲醇氧化法是制甲醛的一種工業(yè)方法，即甲醇蒸汽和空氣在鐵鉬催化劑催化下，甲醇即被氧化得到甲醛：①CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（l）△H
甲醇氧化法中存在深度氧化反應(yīng)：②HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（l）
已知物質(zhì)CH₃OH（g）與HCHO（g）的燃燒熱如表所示：

物質(zhì)	反應(yīng)熱/kJ•mol-1
CH3OH （g）	-726.5
HCHO （g）	-570.8

（1）計(jì)算△H=-155.7kJ•mol^-1．
（2）目前工業(yè)上主要采用甲醇氧化法制取甲醛，簡(jiǎn)要分析該方法的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)：反應(yīng)平衡常數(shù)大，反應(yīng)更徹底，但是存在副反應(yīng)．
（3）如圖為甲醇氧化法，在不同溫度條件下甲醇轉(zhuǎn)化率與甲醛產(chǎn)率的曲線圖，二者隨溫度變化的可能的原因是反應(yīng)溫度較低時(shí)催化劑活性較低，甲醇轉(zhuǎn)化率低，甲醛產(chǎn)率較低；反應(yīng)溫度升高后，甲醇轉(zhuǎn)化率提高，但是發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)率反而下降．
Ⅱ．甲醇直接燃料電池簡(jiǎn)稱DMFC，使用酸性介質(zhì)，反應(yīng)溫度在120℃，額定輸出電壓為1.18V．
（4）該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺，
（5）該燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率=94.1%（列式并計(jì)算，保留3位有效數(shù)字）
（已知：能量轉(zhuǎn)換效率=燃料電池輸出的電能/燃料直接燃燒產(chǎn)生的熱能；1mol 電子的電量為96500C．）

Answer 1

分析 I．（1）由物質(zhì)燃燒熱數(shù)據(jù)可知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②HCHO（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（l）△H=-570.8 kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（l），據(jù)此計(jì)算；
（2）反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率較大，甲醛可被氧化生成CO和水；
（3）反應(yīng)催化劑的活性與溫度有關(guān)，較高溫度時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率較高，但生成的甲醛存在副反應(yīng)；
Ⅱ．（4）甲醇在負(fù)極被氧化生成二氧化碳和水；
（5）甲醇被氧化生成二氧化碳，C的化合價(jià)由-2價(jià)升高到+4甲，1mol失去6mol電子，額定輸出電壓為1.18V，可計(jì)算輸出能量，結(jié)合反應(yīng)熱計(jì)算能量轉(zhuǎn)化率．

解答 解：I．（1）由物質(zhì)燃燒熱數(shù)據(jù)可知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②HCHO（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（l）△H=-570.8 kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1-（-570.8 kJ•mol^-1）=-155.7kJ•mol^-1；
故答案為：-155.7kJ•mol^-1；
（2）反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率較大，甲醛可被氧化生成CO和水，存在副反應(yīng)，故答案為：反應(yīng)平衡常數(shù)大，反應(yīng)更徹底，但是存在副反應(yīng)；
（3）反應(yīng)催化劑的活性與溫度有關(guān)，反應(yīng)溫度較低時(shí)催化劑活性較低，甲醇轉(zhuǎn)化率低，甲醛產(chǎn)率較低，較高溫度時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率較高，但生成的甲醛存在副反應(yīng)，產(chǎn)率反而下降，
故答案為：反應(yīng)溫度較低時(shí)催化劑活性較低，甲醇轉(zhuǎn)化率低，甲醛產(chǎn)率較低；反應(yīng)溫度升高后，甲醇轉(zhuǎn)化率提高，但是發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)率反而下降；
（4）甲醇在負(fù)極被氧化生成二氧化碳和水，電極方程式為CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺；
（5）甲醇被氧化生成二氧化碳，C的化合價(jià)由-2價(jià)升高到+4甲，1mol失去6mol電子，額定輸出電壓為1.18V，則輸出能量為6mol×96500 C•mol^-1×1.18V=683220J，而反應(yīng)熱為726.5×10³ J，則轉(zhuǎn)化率為$\frac{683220}{726.5×1{0}^{3}}×100%$=94.1%，
故答案為：94.1%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)熱與焓變、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及原電池知識(shí)，為高考常見題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，易錯(cuò)點(diǎn)為（5），注意計(jì)算的思路和方法．