Question

（2010?浙江）甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H₂化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H₁（反应1）该反应的原料CO和H₂本身都可作为燃料提供动力，已知这两种物质燃烧的热化学方程式为：CO(g)+

1

2

O2(g)=CO2(g)△H₂=-283kJ?mol^-1（反应2）H2(g)+

1

2

O2(g)=H2O(g)△H₃=-242kJ?mol^-1（反应3）
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	H-O
键能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

请回答下列问题：
（1）反应1的焓变△H₁=

-116kJ?mol^-1

．
（2）CH₃OH （g）燃烧生成CO₂（g）和H₂O（g）的热化学方程式为：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₄    该反应的焓变△H₄=

-651kJ?mol^-1

．与CO和H₂相比，甲醇作为汽车动力燃料的优点是

单位体积供能多，密度大易于运输；单位产能耗氧量较少

．
（3）反应1的平衡常数表达式为

K=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

．为提高甲醇的产率，可以采取的措施有

降低温度、增加反应气体的压力、将反应生成的甲醇及时冷凝从反应体系中移去．

（写出3点）．既能提高产率，又能提高反应速率的措施是

增加反应气体的压强

．
（4）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）．其工作原理如示意图：

①在图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称（或化学式）
②负极的电极反应式为

CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺

．

Answer 1

分析：（1）反应CO（g）+2H₂（g）

高温  .

CH₃OH （g）△H₁ 的焓变可以根据表内的化学键键能计算，焓变=反应物键能总和-生成物键能总和；
（2）依据（1）反应热化学方程式和题干一氧化碳燃烧热化学方程式、氢气燃烧热化学方程式，结合盖斯定律计算得到；
（3）依据平衡常数的概念分析写出，依据化学平衡影响因素和平衡移动原理分析判断；
（4）甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；电极反应依据电池反应和正极电极反应计算得到．

解答：解：（1）CO（g）+2H₂（g）

高温  .

CH₃OH （g），反应的焓变可以根据反应物的总键能和生成物的总键能计算得到，焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，依据图表提供的化学键的键能计算得到，）△H₁=C≡O+2H-H-（3C-H+C-O+H-O）=1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1，故答案为：-116 kJ?mol^-1；
（2）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H₁=-116 kJ?mol^-1 （反应Ⅰ）
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1 （反应Ⅱ）
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1 （反应Ⅲ）
根据盖斯定律③×2+②-①得到：
CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H₄=-651 kJ?mol^-1，
故答案为：-651 kJ?mol^-1 ；与CO和H₂相比，甲醇作为汽车动力燃料的优点是：单位体积供能量多；密度大易于运输；单位产能耗氧量较少；
故答案为：单位体积供能量多；密度大易于运输；单位产能耗氧量较少；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），△H₁=-116 kJ?mol^-1 （反应Ⅰ）
平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

；提高甲醇的产率需要平衡正向进行，反应是放热反应，是气体体积减小的反应，所以，降低温度；增加反应气体的压强；将反应生成的甲醇及时冷凝从反应体系中移去；
故答案为：K=

c(CH3OH)

c(CO)×c2(H2)

；降低温度、增加反应气体的压强、将反应生成的甲醇及时冷凝从反应体系中移去；增加反应气体的压强；
（4）①甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；所以a放出CO₂；b通入甲醇水溶液；c通入O₂；d流出水；标注如图：

②电池反应为：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）；
电池正极反应为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
电池反应-正极反应×3得到负极电极反应为：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺；
故答案为：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺．

点评：本题考查了化学反应的反应热的计算、原电池的产物判断和电极判断，电极反应，盖斯定律的计算应用，理解概念是关键，原电池原理是常考重点，题目难度中等．