Question

（14分）甲醇是重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用十分廣泛。

（1）利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制H2，然后可將H2與CO2轉(zhuǎn)化為甲醇。已知：

光催化制氫：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋571.5 kJ/mol ①

H2與CO2耦合反應(yīng)：3H2(g)＋CO2(g)===CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH＝－137.8 kJ/mol ②

則反應(yīng)：2H2O(l)＋CO2(g) = CH3OH(l)＋3/2O2(g)的ΔH＝ kJ/mol。

你認(rèn)為該方法需要解決的技術(shù)問題有 （填字母）。

a. 開發(fā)高效光催化劑

b. 將光催化制取的H2從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO2耦合催化轉(zhuǎn)化

c. 二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)

（2）工業(yè)上由甲醇制取甲醛的兩種方法如下（有關(guān)數(shù)據(jù)均為在298 K時測定）：

反應(yīng)I：CH3OH(g)＝HCHO(g)＋H2(g) ΔH1＝＋92.09kJ/mol，K1＝3.92×10－11。

反應(yīng)II：CH3OH(g)＋1/2O2(g)＝HCHO(g)＋H2O(g) ΔH2＝－149.73 kJ/mol，K2＝4.35×1029。

①從原子利用率看，反應(yīng) （填“I”或“II”。下同）制甲醛的原子利用率更高。從反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)K值看，反應(yīng) 制甲醛更有利。

②下圖是甲醇制甲醛有關(guān)反應(yīng)的lgK（平衡常數(shù)的對數(shù)值）隨溫度T的變化。圖中曲線（1）表示的是反應(yīng) 。

（3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脫氮工藝進(jìn)行處理，在硝化細(xì)菌的作用下將NH4＋氧化為NO3－（2NH4++3O2＝2HNO2+2H2O +2H+；2HNO2 +O2＝2HNO3）。然后加入甲醇，甲醇和NO3－反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體。

①上述方法中，1 g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時需氧的質(zhì)量為 g。

②寫出加入甲醇后反應(yīng)的離子方程式： 。

（4）甲醇燃料電池的工作原理如圖所示，則該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為 。

 

 

Answer 1

共14分。每空2分。

（1）-719.5（2分） ab（2分）

（2）①I（1分） II（1分） ②II（2分）

（3）①4.57（2分）

②6NO3－＋5CH3OH＋6H＋＝3N2↑＋5CO2↑＋13H2O（2分）

（4）CH3OH+H2O–6e－=CO2↑+6H+（2分）

【解析】

試題分析：（1）由蓋斯定律得2H2O(l)＋CO2(g) = CH3OH(l)＋3/2O2(g)的ΔH＝（①×3+②×2）/2，將①②的代入上式中得所求ΔH=-719.45kJ/mol；利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制H2，需要開發(fā)高效光催化劑，使水易在太陽光的作用下分解，同時將光催化制取的H2從反應(yīng)體系中有效分離，并與CO2耦合催化轉(zhuǎn)化，但二氧化碳及水資源的來源供應(yīng)不是需要解決的技術(shù)問題，答案選ab；

（2）反應(yīng)物中的原子盡可能的轉(zhuǎn)化為生成物，原子的利用率越高，所以反應(yīng)I的原子利用率高；反應(yīng)II的化學(xué)平衡常數(shù)較大，說明反應(yīng)進(jìn)行的徹底程度較大，而且反應(yīng)II是放熱反應(yīng)，所以從反應(yīng)的焓變和平衡常數(shù)K值看，反應(yīng)II制甲醛有利；

（3）①根據(jù)所給方程式可知2NH4+～4O2～2HNO3，1 g銨態(tài)氮元素轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮元素時需氧的質(zhì)量為2×32/14=4.57g，

②甲醇和NO3－反應(yīng)轉(zhuǎn)化為兩種無毒氣體，從元素守恒角度判斷無毒氣體是氮氣和二氧化碳，另一種產(chǎn)物是水，離子方程式為6NO3－＋5CH3OH＋6H＋＝3N2↑＋5CO2↑＋13H2O

（4）燃料電池中燃料在電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，結(jié)合圖中信息，甲醇被氧化為二氧化碳和氫離子，所以該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH+H2O–6e－=CO2↑+6H+

考點：考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，關(guān)系式法的應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)式的書寫