Question

甲醇是一种可再生能源,又是一种重要的化工原料.具有广阔的开发和应用前景。工业上可用如下方法合成甲醇：CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）。

（1）已知:①2CH₃OH(l)+3O₂(g) 2CO₂(g)+4H₂O(g)△H=-1275.6kJ·mol^-1；

②2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g)△H=-566.0kJ·mol^-1；

③H₂O(l)=H₂O(g)△H=+44.0kJ·mol^-1。

则甲醇液体不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式为_____。

（2）在一定温度下，向2L密闭容器中充人1mol CO和2mol H₂，发生反应CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，5min反应达到平衡,此时CO的转化率为80%。

①前5min内甲醇的平均反应速率为______；已知该反应在低温下能自发进行，则反应的△H__________0（填“＞”“=” 或“＜”）。

②在该温度下反应的平衡常数K=__________。

（3）"甲醇---过氧化氢燃料电池"的结构主要包括燃料腔、 氧化剂腔和质子交换膜三部分。放电过程中其中一个腔中生成了CO₂。放电过程中生成H⁺的反应，发生在__________腔中，该腔中的电极反应式为__________。

Answer

CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-442.8kJ·mol-1 0.08mol·L-1·min-1 ＜ 100 燃料 CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+

【解析】

根据盖斯定律计算热反应方程式焓变，根据可逆反应三段式计算平衡反应速率和平衡常数。

（1）根据盖斯定律，甲醇液体不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式为CH3OH(l) +O2(g) =CO(g)+2H2O(l)△H=-1275.6kJ·mol-1×0.5+566.0kJ·mol-1×0.5-44.0kJ·mol-1×2=-442.8kJ·mol-1。

（2）设反应到平衡时，一氧化碳的物质的量变化了xmol，以此列三段式：

5min反应达到平衡，此时CO的转化率为=80%，即x=0.8；

①前5min内甲醇的平均反应速率为mol·L-1·min-1；已知该反应在低温下能自发进行，根据自发进行吉布斯自由能ΔG=ΔH-TΔS ＜0可知，ΔS＞0，反应的△H＜0。

②在该温度下反应的平衡常数K=。

（3）"甲醇---过氧化氢燃料电池"的结构主要包括燃料腔、 氧化剂腔和质子交换膜三部分。放电过程中其中一个腔中生成了CO2，即甲醇发生氧化反应生成了二氧化碳，为燃料腔，过氧化氢作为氧化剂，处于氧化剂腔，生成氧气和水。放电过程中生成H+的反应，发生在燃料腔中，该腔中的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。