Question

甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H₂化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO （g）+2H₂（g）⇌CH₃OH （g）△H₁（反应1）该反应的原料CO和H₂本身都可作为燃料提供动力，已知这两种物质燃烧的热化学方程式为：△H₂=-283kJ•mol^-1（反应2）△H₃=-242kJ•mol^-1（反应3）
某些化学键的键能数据如下表：

化学键	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	H-O
键能/kJ•mol^-1	348	413	436	358	1072	463

请回答下列问题：
（1）反应1的焓变△H₁=    ．
（2）CH₃OH （g）燃烧生成CO₂（g）和H₂O（g）的热化学方程式为：CH₃OH（g）+O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₄    该反应的焓变△H₄=    ．与CO和H₂相比，甲醇作为汽车动力燃料的优点是    ．
（3）反应1的平衡常数表达式为    ．为提高甲醇的产率，可以采取的措施有    （写出3点）．既能提高产率，又能提高反应速率的措施是    ．
（4）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）．其工作原理如示意图：

①在图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称（或化学式）
②负极的电极反应式为    ．

Answer

（1）反应CO（g）+2H2（g） CH3OH （g）△H1 的焓变可以根据表内的化学键键能计算，焓变=反应物键能总和-生成物键能总和；
（2）依据（1）反应热化学方程式和题干一氧化碳燃烧热化学方程式、氢气燃烧热化学方程式，结合盖斯定律计算得到；
（3）依据平衡常数的概念分析写出，依据化学平衡影响因素和平衡移动原理分析判断；
（4）甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；电极反应依据电池反应和正极电极反应计算得到．
【解析】
（1）CO（g）+2H2（g）CH3OH （g），反应的焓变可以根据反应物的总键能和生成物的总键能计算得到，焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，依据图表提供的化学键的键能计算得到，）△H1=C≡O+2H-H-（3C-H+C-O+H-O）=1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ•mol-1，故答案为：-116 kJ•mol-1；
（2）①CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH （g），△H1=-116 kJ•mol-1 （反应Ⅰ）
②CO（g）+O2（g）=CO2（g）△H2=-283kJ•mol-1 （反应Ⅱ）
③H2（g）+O2（g）=H2O（g）△H3=-242kJ•mol-1 （反应Ⅲ）
根据盖斯定律③×2+②-①得到：
CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H4=-651 kJ•mol-1，
故答案为：-651 kJ•mol-1 ；与CO和H2相比，甲醇作为汽车动力燃料的优点是：单位体积供能量多；密度大易于运输；单位产能耗氧量较少；
故答案为：单位体积供能量多；密度大易于运输；单位产能耗氧量较少；
（3）CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH （g），△H1=-116 kJ•mol-1 （反应Ⅰ）
平衡常数；提高甲醇的产率需要平衡正向进行，反应是放热反应，是气体体积减小的反应，所以，降低温度；增加反应气体的压强；将反应生成的甲醇及时冷凝从反应体系中移去；
故答案为：；降低温度、增加反应气体的压强、将反应生成的甲醇及时冷凝从反应体系中移去；增加反应气体的压强；
（4）①甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；所以a放出CO2；b通入甲醇水溶液；c通入O2；d流出水；标注如图：

②电池反应为：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）；
电池正极反应为：O2+4H++4e-=2H2O；
电池反应-正极反应×3得到负极电极反应为：CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+；
故答案为：CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+．