Question

发展“碳一化学”，开发利用我国相对丰富的煤炭资源具有重要的战略意义和经济价值．下面是以焦炭为原料，经“碳一化学”途径制取乙二醇的过程：
（1）该过程中产生的CO可继续与水蒸气发生可逆反应得到CO₂和H₂，此反应的平衡常数表达式K=______．
（2）CH₃OH（l）气化时吸收的热量为27kJ/mol，CH₃OH（g）的燃烧热为677kJ/mol，请写出CH₃OH（l）完全燃烧的热化学方程式______．
（3）“催化还原”反应制乙二醇原理如下：CH₃OOC-COOCH₃（g）+4H₂（g）?HOCH₂-CH₂OH（g）+2CH₃OH（g）△H=-34kJ/mol
为探究实际生产的最佳条件，某科研小组进行了多方面研究．如图表示乙二醇达到平衡时的产率随原料投料比[n（氢气）/n（草酸二甲酯）]和压强的变化关系，其中三条曲线分别表示体系压强为1.5MPa、2.5MPa、3.5MPa的情况，则曲线甲对应的压强是P（甲）=______．
（4）草酸二甲酯水解产物草酸（H₂C₂O₄）为二元中强酸
①草酸氢钾溶液中存在如下平衡：H₂O?H⁺+OH^-、HC₂O₄^-?H⁺+C₂O₄^2-和______．
②向0.1mol/L的草酸氢钾溶液里滴加NaOH溶液至中性，此时溶液里各粒子浓度关系正确的是______（填序号）．
a．c（K⁺）=c（HC₂O₄^-）+c（H₂C₂O₄）+c（C₂O₄^2-）b．c（K⁺）+c（Na⁺）=c（HC₂O₄^-）+c（C₂O₄^2-）
c．c（Na⁺）=c（H₂C₂O₄）+c（C₂O₄^2-）d．c（K⁺）＞c（Na⁺）
（5）以甲醇为原料，使用酸性电解质构成燃料电池，该燃料电池的负极反应式为______；若以甲烷代替该燃料电池中的甲醇，向外界提供相等电量，则每代替32g甲醇，所需标准状况下的甲烷的体积为______L．

Answer 1

（1）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）的化学平衡常数K=

c(CO2)×c(H2)

c(CO)×c(H2O)

，
故答案为：

c(CO2)×c(H2)

c(CO)×c(H2O)

；
（2）CH₃OH（l）气化时吸收的热量为27kJ/mol，CH₃OH（g）的燃烧热为677kJ/mol，则CH₃OH（l）的燃烧热为677kJ/mol-27kJ/mol=650kJ/mol，故CH₃OH（l）完全燃烧的热化学方程式为：
CH₃OH（l）+3/

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-650kJ/mol
故答案为：CH₃OH（l）+3/

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-650kJ/mol；
（3）由图象可知，曲线甲表示的乙二醇的产率最大，原料投料比[n（氢气）/n（草酸二甲酯）]一定时，由方程式可知，正反应是体积减小的反应，增大压强平衡向正反应移动，平衡时乙二醇的产率增大，故曲线甲对应的压强是P（甲）=3.5MPa，
故答案为：3.5MPa；
（4）①H₂C₂O₄为二元中强酸，HC₂O₄^-在溶液中发生电离与水解，还存在平衡：HC₂O₄^-+H₂O?H₂C₂O₄+OH^-，
故答案为：HC₂O₄^-+H₂O?H₂C₂O₄+OH^-；
②a．碳元素在溶液中存在形式有：HC₂O₄^-、H₂C₂O₄、C₂O₄^2-，根据物料守恒由c（K⁺）=c（HC₂O₄^-）+c（H₂C₂O₄）+c（C₂O₄^2-），故a正确；
b．根据电荷守恒有：c（K⁺）+c（Na⁺）+c（H⁺）=c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-）+c（OH^-），溶液呈中性，则c（H⁺）=c（OH^-），故c（K⁺）+c（Na⁺）=c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-），故b错误；
c．由c（K⁺）=c（HC₂O₄^-）+c（H₂C₂O₄）+c（C₂O₄^2-）、c（K⁺）+c（Na⁺）=c（HC₂O₄^-）+2c（C₂O₄^2-）可知，
c（Na⁺）=c（C₂O₄^2-）-c（H₂C₂O₄），故c错误；
d．若恰好反应，c（K⁺）=c（Na⁺），此时溶液呈碱性，故加入的氢氧化钠的物质的量略少些，故c（K⁺）＞c（Na⁺），故d正确；
故答案为：ad；
（5）总反应式为2CH₃OH+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O，正极是还原反应，氧气在正极放电，酸性条件下获得电子生成水，正极电极反应式为：3O₂+12H⁺+12e^-=6H₂O，总反应式减去正极反应式可得负极电极反应式为：2CH₃OH+2H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，即CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
32g甲醇的物质的量为为

32g

32g/mol

=1mol，完全燃烧转移电子数为1mol×6=6mol，故需要甲烷的物质的量为

6mol

8

=0.75mol，需要甲烷的体积为0.75mol×22.4L/mol=16.8L，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；16.8．