Question

甲醇是一种重要的化工原料，又是一种可再生资源，具有开发和应用的广阔前景。

（1）已知：CH₃OH(g)=HCHO(g)+H₂(g)   △H=+84kJ/mol

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)  △H=-484kJ/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在上述制备甲醛时，常向反应器中通入适当过量的氧气，其目的是_________________。

（2）工业上可用如下方法合成甲醛，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	348	413	436	358	x	463

请回答下列问题：

①如图中曲线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xkJ/mol，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该电池正极的电极反应式为____________________。

②若以该电池为电源，用石墨作电极电解200mL含有如下离子的溶液。

离子	Cu^2+	H^+	Cl^-	SO4^2-
c/mol/L	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液现象）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（700-1000℃），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O^2-，O^2-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。由右图可知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

（1）①2CH3OH(g)+O2(g)＝2HCHO(g)+2H2O(g) △H=-316 kJ·mol-1

②提高甲醇的转化率（2分）

（2）①使用 加入催化剂 ②1097（3）①O2+2H2O -4e-=4OH-②3.2 g

（4）H2O+2e-=H2↑+O2-

【解析】

试题分析：（1）①已知：⑴CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) △H=+84kJ/mol

⑵2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-484kJ/mol

根据盖斯定律可知⑴×2+⑵即可得到CH3OH(g)与O2(g)反应生成HCHO(g)和H2O(g)的热化学方程式为2CH3OH(g)+O2(g)＝2HCHO(g)+2H2O(g) △H=-316 kJ·mol-1。

②向反应器中通入适当过量的氧气，使平衡向正反应方向进行，提高甲醇的转化率。

（2）①图中曲线a到曲线b降低了反应的活化能，其其措施是加入了催化剂。

②反应热＝反应物中键能之和－生成物中键能之和，则根据方程式可知x+2×436－3×413－358－463＝419－510，解得x=1097。

（3）①电池正极得到电子，则正极是氧气放电，其电极反应式为O2+2H2O -4e-=4OH-。

②电解一段时间后，两极收集到相同体积（相同条件下）的气体，这说明阴极上除了铜离子放电外，还有氢离子放电，铜离子的物质的量是0.1mol，设气体的物质的量是xmol，则根据电子得失守恒可知0.1×2+2x＝4x，解得x＝0.1，所以氧气的质量＝0.1mol×32g/mol＝3.2g。

（4）A电极产生氢气和CO，所以该电极是阴极，因此A电极是负极，水得到电子产生氢气的电极反应式为H2O+2e-=H2↑+O2- 。

【考点定位】考查反应热计算、外界条件对平衡状态的影响及电化学原理的应用

【名师点晴】掌握反应热的计算方法、电解池原理及灵活应用电子得失守恒进行相关的电化学计算是解答的关键。难点是电极反应式的书写，电极反应式的书写一般遵循“二判二析一写” ，即二判：①判断阴阳极；②判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。二析：①分析溶液中离子的种类；②根据离子放电顺序，分析电极反应。一写：根据电极产物，写出电极反应式。需要特别指出的是一定注意溶液的酸碱性、是否存在交换膜以及是否是熔融的电解质等。