Question

【题目】水煤气法制取甲醇（CH3OH）的反应及其反应的焓变、平衡常数如下：

① CH4(g) + 1/2 O2(g)CO(g) + 2H2(g) H1 =－35.4kJ·mol－1 平衡常数K1

② CO(g) + 2H2(g) CH3OH (g) H2 =－90.1 kJ·mol－1 平衡常数K2

③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g) H3 平衡常数K3

（1）在25℃、101kPa下，1g液态甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为_________________________________。

（2）依据盖斯定律求出反应③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g) H3 =_____kJ·mol－1，相同温度下K3=______（用含K1、K2代数式表示）。

（3）下列关于化学反应中的能量及变化理解错误的是（填字母序号）______。

a．反应中活化能的作用是使反应物活化，从而启动反应或改变反应速率

b．化学键的断裂与形成一定伴随着电子的转移和能量变化

c．在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差即焓变（H）决定

d．氯化钠晶体熔化时，离子键被破坏，吸收能量，发生化学变化

e．200℃、101kPa时，1 mol H2和碘蒸气作用生成HI的反应，热化学方程式表示如下：

H2(g)＋I2(g) === 2HI(g)　 H3 = -14.9 kJ·mol－1

f．燃烧热定义中“生成稳定的氧化物”，意味着这些氧化物不能再燃烧了

（4）甲醇燃料电池的种类很多，我们常用的一种甲醇燃料电池，是以甲醇与氧气的反应为原理设计的，其电解质溶液是KOH溶液。该电池负极的电极反应式为_____________________________。

如图是自呼吸式甲醇燃料电池工作示意图。图中进入c口的物质可能是______________，若有16g甲醇参与原电池反应，理论上电池内部有___________mol 质子通过质子交换膜。

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO 2(g)+2H2O(l) ΔH＝-725.76kJ·mol-1 -251 K12·K22 b d e CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O O2或空气 3mol

【解析】

（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ，32g甲醇燃烧生成液态水和二氧化碳气体放热22.68kJ×32=725.8kJ，依据热化学方程式的书写方法和注意问题，标注对应反应的焓变写出；

（2）根据盖斯定律进行求算；

（3）结合化学反应中的能量及变化理解；

（4）甲醇燃料电池负极为甲醇失电子，正极为氧气得电子。

（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ，32g甲醇燃烧生成液态水和二氧化碳气体放热22.68kJ×32=725.8kJ，反应的热化学方程式为：CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-725.8kJ/mol；

（2）已知① CH4(g) + O2(g)CO(g) + 2H2(g) H1 =－35.4kJ·mol－1

② CO(g) + 2H2(g) CH3OH (g) H2 =－90.1 kJ·mol－1

根据盖斯定律，由①+②得反应③ 2CH4(g) + O2(g) 2CH3OH(g) H3=（H1 +H2） =（－35.4kJ·mol－1－90.1 kJ·mol－1） =-251 kJ·mol－1；

K3= K12·K22；

（2）a、活化能的作用在于使反应物活化，从而启动反应或改变反应速率，故a正确；

b．成键释放能量，但不一定发生氧化还原反应，则化学键的形成一定伴随着能量变化，不一定存在电子的转移，故b错误；

c．反应放热或吸热的能量变化是有反应物和生成物的焓值差决定，即焓变决定反应热量变化，故c正确；

d．化学反应是实质是有旧化学键的断裂和新化学键的形成，离子键被破坏的变化不一定发生化学变化，氯化钠晶体熔化时，离子键被破坏，吸收能量，无化学键形成，未发生化学变化，故d错误；

e.在200℃、101kPa时，1 mol H2和碘蒸气作用生成HI的反应是可逆反应，放出14.9kJ的热量，则热化学方程式可表示为：H2(g)＋I2(g) 2HI(g)△H<-14.9kJ/mol，故e错误；

f．燃烧热定义中“生成稳定的氧化物”，意味着这些氧化物不能再燃烧了，如碳生成二氧化碳，故f正确；

答案选bde；

（4）碱性条件下甲醇在电池负极失去电子产生碳酸根离子，电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-==CO32-+6H2O；

如图是自呼吸式甲醇燃料电池工作示意图。原电池中阳离子氢离子定向移动到正极，图中进入c口的物质可能是氧气或空气；

根据电极反应式为CH3OH-6e-+OH-==CO32-+6H2O，若有16g甲醇（0.5mol）参与原电池反应，理论上电池内部有3mol 质子通过质子交换膜。