Question

甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。

(1)已知：CH₃OH(g)=HCHO(g)+H₂(g)　          ΔH=+84 kJ·mol^-1

2H₂(g)+O₂(g) ===2H₂O(g)　     ΔH=-484 kJ·mol^-1

工业上常以甲醇为原料制取甲醛，请写出CH₃OH(g)与O₂(g)反应生成HCHO(g)和H₂O(g)的热化学方程式：___。

(2)工业上可用如下方法合成甲醇，化学方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，已知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	O—H
键能/ kJ·mol^-1	348	413	436	358	x	463

请回答下列问题

①该反应的ΔS____(填“>”或“<”)0。右图中曲线a到曲线b的措施是_______。

②已知CO中的C与O之间为三键，其键能为x kJ·mol^-1，则x=____。

(3)由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电。①该电池负极的电极反应式为__。

②若以该电池为电源，用石墨作电极电解200 mL含有如下离子的溶液。

离子	Cu^2+	H^+	Cl^−	SO4^2^－
c/mol·L^-1	0.5	2	2	0.5

电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件下)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为____。

(4)电解水蒸气和CO₂产生合成气(H₂+CO)。较高温度下(700~1 000 ℃)，在SOEC两侧电极上施加一定的直流电压，H₂O和CO₂在氢电极发生还原反应产生O²⁻，O²⁻穿过致密的固体氧化物电解质层到达氧电极，在氧电极发生氧化反应得到纯O₂。由上图可知A为直流电源的____(填“正极”或“负极”)，请写出以H₂O为原料生成H₂的电极反应式：_______。

Answer

2CH3OH(g) + O2(g) =2HCHO(g) + 2H2O(g) ΔH= -316 kJ·mol-1 <加入催化剂1097CH3OH-6e- + 8OH- =CO32- + 6H2O3.2 g负极H2O + 2e- = H2↑ + O2-

【解析】

（1）①CH3OH(g)=HCHO(g)＋H2(g)，②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)，2×①＋②得出：2CH3OH(g) + O2(g) =2HCHO(g) + 2H2O(g) ΔH= -316 kJ·mol-1；（2）①反应前气体系数之和大于反应后气体系数之和，因此此反应是熵减，即△S<0，a→b活化能降低，因此使用催化剂，催化剂降低活化能；②根据△H和键能的关系，即△H=x＋2×436－(3×413＋358＋463)=(419－510)kJ·mol－1，解得x=1097；（3）①构成的是燃料电池，通氧气一极为正极，通甲醇一极为负极，环境是碱性，OH－参与负极反应，甲醇转化成CO32－和OH－，因此负极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－=CO32－＋6H2O；②根据电解原理，Cu2＋的放电顺序大于H＋，因此第一阶段阴极反应式Cu2＋＋2e－=Cu，Cl－放电顺序大于OH－，因此阳极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，n(Cu2＋)=200×10－3×0.5mol=0.1mol，根据转移电子守恒，阳极上失去电子为0.2mol，则消耗n(Cl－)=0.2mol，生成Cl2的物质的量为0.1mol，此时剩余Cl－的物质的量为(200×10－3×2－0.2)mol=0.2mol，两极都收集到气体，第二阶段阴极反应式：2H＋＋2e－=H2↑，假设阳极反应式只有2Cl－－2e－=Cl2↑，0.2molCl－全部放电，转移电子物质的量为0.2mol，得到氯气的物质的量为0.1mol，因此阴极上产生氢气的物质的量为0.1mol，阴阳两极产生气体的物质的量不等，阴极上4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，设此时阴极上有xmolH2产生，转移电子为2x，产生氧气物质的量2x/4mol=x/2mol，两极产生气体的物质的量相等，因此有0.1＋x=0.2＋x/2，解得x=0.2mol，产生氧气的质量为0.2×32/2g=3.2g；（4）根据电解原理，阴离子向阳极移动，因此A为作负极，B为正极，根据示意图，H2O在阴极上得电子，转化成H2和O2－，电极反应式为H2O＋2e－=H2↑＋O2－。