Question

能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H；
如表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷△H

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②在300℃時，將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時反應(yīng)將

 

（填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行”、“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
（2）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為：

 

，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的pH

 

（填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為：

 

；如果電解一段時間后NaCl溶液的體積為1L，溶液的pH為12（25℃下測定），則理論上消耗氧氣的體積為

 

mL（標(biāo)況下）．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)電源新型電池,電解原理

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）①依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明平衡逆向進(jìn)行；
②依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（2）原電池中負(fù)極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應(yīng)生成碳酸根離子；根據(jù)電極反應(yīng)判斷氫氧根離子濃度的變化；
（3）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣．電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，據(jù)此計算生成的氯氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算原電池消耗的氧氣的物質(zhì)的量，進(jìn)而計算體積．

解答： 解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：＜；
②、將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時的濃度商Qc=

2

2×32

=

1

9

，小于0.27，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
（2）原電池放電時，甲醇失電子被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；已知電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，電池在放電過程中消耗氫氧根離子，所以溶液的pH減小；
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；減��；
（3）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據(jù)反應(yīng)2NaCl+2H₂O=H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×

1

2

=0.005mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）=

0.005mol×2

4

=0.0025mol，故原電池消耗氧氣的體積為0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；56．

點評：本題綜合性較大，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式、原電池與電解池工作原理及計算等，難度中等，注意原電池書寫負(fù)極電極反應(yīng)式時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目應(yīng)相等．