Question

19．Ⅰ．工业上主要以甲醇为原料进行制备甲醛（HCHO）．
甲醇氧化法是制甲醛的一种工业方法，即甲醇蒸汽和空气在铁钼催化剂催化下，甲醇即被氧化得到甲醛：①CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（l）△H
甲醇氧化法中存在深度氧化反应：②HCHO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO（g）+H₂O（l）
已知物质CH₃OH（g）与HCHO（g）的燃烧热如表所示：

物质	反应热/kJ•mol-1
CH3OH （g）	-726.5
HCHO （g）	-570.8

（1）计算△H=-155.7kJ•mol^-1．
（2）目前工业上主要采用甲醇氧化法制取甲醛，简要分析该方法的优点与缺点：反应平衡常数大，反应更彻底，但是存在副反应．
（3）如图为甲醇氧化法，在不同温度条件下甲醇转化率与甲醛产率的曲线图，二者随温度变化的可能的原因是反应温度较低时催化剂活性较低，甲醇转化率低，甲醛产率较低；反应温度升高后，甲醇转化率提高，但是发生副反应，产率反而下降．
Ⅱ．甲醇直接燃料电池简称DMFC，使用酸性介质，反应温度在120℃，额定输出电压为1.18V．
（4）该电池负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺，
（5）该燃料电池的能量转换效率=94.1%（列式并计算，保留3位有效数字）
（已知：能量转换效率=燃料电池输出的电能/燃料直接燃烧产生的热能；1mol 电子的电量为96500C．）

Answer 1

分析 I．（1）由物质燃烧热数据可知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②HCHO（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（l）△H=-570.8 kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①-②可得：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（l），据此计算；
（2）反应的转化率较大，甲醛可被氧化生成CO和水；
（3）反应催化剂的活性与温度有关，较高温度时甲醇的转化率较高，但生成的甲醛存在副反应；
Ⅱ．（4）甲醇在负极被氧化生成二氧化碳和水；
（5）甲醇被氧化生成二氧化碳，C的化合价由-2价升高到+4甲，1mol失去6mol电子，额定输出电压为1.18V，可计算输出能量，结合反应热计算能量转化率．

解答 解：I．（1）由物质燃烧热数据可知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②HCHO（g）+O₂（g）=CO₂（g）+H₂O（l）△H=-570.8 kJ•mol^-1，
根据盖斯定律，①-②可得：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═HCHO（g）+H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1-（-570.8 kJ•mol^-1）=-155.7kJ•mol^-1；
故答案为：-155.7kJ•mol^-1；
（2）反应的转化率较大，甲醛可被氧化生成CO和水，存在副反应，故答案为：反应平衡常数大，反应更彻底，但是存在副反应；
（3）反应催化剂的活性与温度有关，反应温度较低时催化剂活性较低，甲醇转化率低，甲醛产率较低，较高温度时甲醇的转化率较高，但生成的甲醛存在副反应，产率反而下降，
故答案为：反应温度较低时催化剂活性较低，甲醇转化率低，甲醛产率较低；反应温度升高后，甲醇转化率提高，但是发生副反应，产率反而下降；
（4）甲醇在负极被氧化生成二氧化碳和水，电极方程式为CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺，故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O═CO₂+6H⁺；
（5）甲醇被氧化生成二氧化碳，C的化合价由-2价升高到+4甲，1mol失去6mol电子，额定输出电压为1.18V，则输出能量为6mol×96500 C•mol^-1×1.18V=683220J，而反应热为726.5×10³ J，则转化率为$\frac{683220}{726.5×1{0}^{3}}×100%$=94.1%，
故答案为：94.1%．

点评 本题考查较为综合，涉及反应热与焓变、化学平衡的移动以及原电池知识，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，易错点为（5），注意计算的思路和方法．