Question

(14分)甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：

(1)用CH₄和0₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为                      。

(2)某温度下，向4 L恒容密闭容器中通人6 mol C0₂和6mol CH₄，发生反应(i)，平衡体系中各组分的体积分数均为，则此温度下该反应的平衡常数K=        ，CH₄的转化率为                  。

(3)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：

，科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是    (填“3．5× 10⁶ Pa” “4．O×10⁶ Pa”或“5.0× 10⁶ Pa”)。

②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是                               。

(4)直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示：

①通入a气体的电极是电池的         (填“正”或“负”)极，其电极反应式为    .

②常温下，用此电池以惰性电极电解O．5 L饱和食盐水(足量)，若两极共生成气体1．12 L(已折算为标准状况下的体积)，则电解后溶液的pH为    (忽略溶液的体积变化)。

Answer

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

（2）1 33.3%

（3）①4.0×106Pa。

②80℃时速率大且高于80℃时速率变化不明显，又因为升温化学平衡逆向移动，转化率降低。

（4）①甲醇、CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

②13

【解析】

试题分析：（1）由盖斯定律知(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：设反应消耗CH4物质的量为n

CH4（g）+C02(g)⇋2CO(g)+2H2(g)

起始n/mol 6 6 0 0

变化n/mol n n 2n 2n

平衡n/mol 6-n 6-n 2n 2n

由题意得：2n/(12+2n)=1/4 解得n=2mol

K=(12×12)/(1×1)=1

CO转化率为(2/6)×100%=33.3%（3）①由图可知， 3．5× 106 Pa 到4．O×106 Pa 之间甲醇转化率提高最明显，且4.0×106Pa时甲醇转化率已经较高，故工业制取甲酸甲酯选择的压强为4.0×106Pa。②图像中80℃时速率大且高于80℃时速率变化不明显，又因为该反应为放热反应升温不利反应正向进行，所以实际采用的温度是80℃。（4）①由DMFC的工作原理图示，根据电子流动方向判断a为负极通入的为甲醇。电极反应方程式为：CH3OH-6e-+2H2O=CO2+6H+②惰性电极电解O．5 L饱和食盐水，两极共生成气体0.05mol即氢气、氯气各0.025mol由反应2Cl-+2H2O=Cl2↑+H2↑+2OH-可得C（OH-）=0.05mol/0.5L=0.1mol/L所以PH＝13

考点：理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，认识并能用相关理论解释其一般规律。 了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。