Question

甲胺铅碘（CH₃NH₃PbI₃）用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂，可由CH₃NH₂、PbI₂及HI为原料合成，回答下列问题：

（1）制取甲胺的反应为CH₃OH（g）＋NH₃（g）CH₃NH₂（g）＋H₂O（g）　ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下：

共价键	C—O	H—O	N—H	C—N	C—H
键能/kJ·mol^－^1	351	463	393	293	414

则该反应的ΔH＝____kJ·mol^－1。

（2）上述反应中所需的甲醇工业上利用水煤气合成CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）　ΔH<0。在一定条件下，将1 mol CO和2 mol H₂通入密闭容器中进行反应，当改变某一外界条件（温度或压强）时，CH₃OH的体积分数φ（CH₃OH）变化趋势如图所示：

①平衡时，M点CH₃OH的体积分数为10%，则CO的转化率为___。

②X轴上a点的数值比b点____ （填“大”或“小”）。某同学认为上图中Y轴表示温度，你认为他判断的理由是_________________。

（3）工业上可采用CH₃OHCO+2H₂ 来制取高纯度的CO和H₂。我国学者采用量子力学方法，通过计算机模拟，研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程，其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。

甲醇（CH₃OH）脱氢反应的第一步历程，有两种可能方式：

方式 A：CH₃OH* →CH₃O* ＋H*    E_a= +103.1kJ·mol^-1

方式 B：CH₃OH* →CH₃* ＋OH*    E_b= +249.3kJ·mol^-1

由活化能E值推测，甲醇裂解过程主要历经的方式应为___（填A、B）。

下图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图。

该历程中，放热最多的步骤的化学方程式为________。

（4）PbI₂与金属锂以LiI-Al₂O₃固体为电解质组成锂碘电池，其结构示意图如下，电池总反应可表示为：2Li+PbI₂=2LiI+Pb，则b极上的电极反应式为：_____。

（5）CH₃NH₂的电离方程式为CH₃NH₂+H₂OCH₃NH₃⁺+OH^-电离常数为k_b，已知常温下pk_b=-lgk_b=3.4，则常温下向CH₃NH₂溶液滴加稀硫酸至c（CH₃NH₂）=c（CH₃NH₃⁺）时，溶液pH=______。

Answer

-12 25% 小 随着Y值的增大，φ（CH3OH）减小，平衡CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g）向逆反应方向进行，故Y为温度 A CHO*＋3H*=CO*＋4H*（或CHO*=CO*＋H*） PbI2+2e-=Pb+2I- 或PbI2+2e-+2Li+=Pb+2LiI 10.6

【解析】

(1)反应热等于反应物总键能减去生成物总键能，则CH3OH(g)+NH3(g)⇌CH3NH2(g)+H2O(g)的△H=[351+414×3+463+393×3-(414×3+293+393×2-463×2)]kJ/mol=-12kJ/mol；

(2)①初始投料为1 mol CO和2 mol H2，设转化的CO的物质的量为x，列三段式有：

CH3OH的体积分数为10%，则有=10%，解得x=0.25mol，所以CO的转化率为=25%；

② X表示压强，该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，则CH3OH的体积分数φ(CH3OH)也越大，b点CH3OH的体积分数φ(CH3OH)大于a点CH3OH的体积分数φ(CH3OH)，则X轴上a点的数值比b点小；由图可知，随着Y值减小，CH3OH的体积分数φ(CH3OH)增大，该反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，CH3OH的体积分数φ(CH3OH)也越大，故Y表示温度；

(3)方式A所需活化能更低，反应速率更快，更容易进行，所以甲醇裂解过程主要历经的方式应为A；由图象可知，相对能量从112降至-65时，放出的热量最多，放热最多的步骤的化学方程式为CHO*+3H*=CO*+4H*(或CHO*=CO*+H*)；

(4)根据电池总反应可知Li被氧化，应为负极，则b即正极，得电子发生还原反应，根据总反应可知电极反应为PbI2+2e-=Pb+2I- 或PbI2+2e-+2Li+=Pb+2LiI；

(5)根据题意kb==10-3.4，所以当c(CH3NH2)=c(CH3NH3+)时，溶液中c(OH-)=10-3.4mol/L，则c(H+)=10-10.6mol/L，所以pH=10.6。