Question

（14分）甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛。（1）利用太阳能或生物质能分解水制H 2 ，

（14分）甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛。（1）利用太阳能或生物质能分解水制H 2 ，然后可将H 2 与CO 2 转化为甲醇。已知：光催化制氢：2H 2 O(l)===2H 2 (g)＋O 2 (g) ΔH＝＋571.5 kJ/mol ①H 2 与CO 2 耦合反应：3H 2 (g)＋CO 2 (g)===CH 3 OH(l)＋H 2 O(l) ΔH＝－137.8 kJ/mol ②则反应：2H 2 O(l)＋CO 2 (g) = CH 3 OH(l)＋3/2O 2 (g)的ΔH＝ kJ/mol。你认为该方法需要解决的技术问题有 （填字母）。a. 开发高效光催化剂b. 将光催化制取的H 2 从反应体系中有效分离，并与CO 2 耦合催化转化c. 二氧化碳及水资源的来源供应（2）工业上由甲醇制取甲醛的两种方法如下（有关数据均为在298 K时测定）：反应I：CH 3 OH(g)＝HCHO(g)＋H 2 (g) ΔH 1 ＝＋92.09kJ/mol，K 1 ＝3.92×10 －11 。反应II：CH 3 OH(g)＋1/2O 2 (g)＝HCHO(g)＋H 2 O(g) ΔH 2 ＝－149.73 kJ/mol，K 2 ＝4.35×10 29 。①从原子利用率看，反应 （填“I”或“II”。下同）制甲醛的原子利用率更高。从反应的焓变和平衡常数K值看，反应 制甲醛更有利。②下图是甲醇制甲醛有关反应的lgK（平衡常数的对数值）随温度T的变化。图中曲线（1）表示的是反应 。 （3）污水中的含氮化合物，通常先用生物膜脱氮工艺进行处理，在硝化细菌的作用下将NH 4 ＋ 氧化为NO 3 － （2NH 4 + +3O 2 ＝2HNO 2 +2H 2 O +2H + ；2HNO 2 +O 2 ＝2HNO 3 ）。然后加入甲醇，甲醇和NO 3 － 反应转化为两种无毒气体。①上述方法中，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为 g。②写出加入甲醇后反应的离子方程式： 。（4）甲醇燃料电池的工作原理如图所示，则该电池负极的电极反应式为 。

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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） ②6NO 3 － ＋5CH 3 OH＋6H ＋ ＝3N 2 ↑＋5CO 2 ↑＋13H 2 O（2分） （4）CH 3 OH+H 2 O–6e － =CO 2 ↑+6H + （2分）

试题分析：（1）由盖斯定律得2H 2 O(l)＋CO 2 (g) = CH 3 OH(l)＋3/2O 2 (g)的ΔH＝（①×3+②×2）/2，将①②的代入上式中得所求ΔH=-719.45kJ/mol；利用太阳能或生物质能分解水制H 2 ，需要开发高效光催化剂，使水易在太阳光的作用下分解，同时将光催化制取的H 2 从反应体系中有效分离，并与CO 2 耦合催化转化，但二氧化碳及水资源的来源供应不是需要解决的技术问题，答案选ab； （2）反应物中的原子尽可能的转化为生成物，原子的利用率越高，所以反应I的原子利用率高；反应II的化学平衡常数较大，说明反应进行的彻底程度较大，而且反应II是放热反应，所以从反应的焓变和平衡常数K值看，反应II制甲醛有利； （3）①根据所给方程式可知2NH 4 + ～4O 2 ～2HNO 3 ，1 g铵态氮元素转化为硝态氮元素时需氧的质量为2×32/14=4.57g， ②甲醇和NO 3 － 反应转化为两种无毒气体，从元素守恒角度判断无毒气体是氮气和二氧化碳，另一种产物是水，离子方程式为6NO 3 － ＋5CH 3 OH＋6H ＋ ＝3N 2 ↑＋5CO 2 ↑＋13H 2 O （4）燃料电池中燃料在电池的负极发生氧化反应，结合图中信息，甲醇被氧化为二氧化碳和氢离子，所以该电池的负极反应式为CH 3 OH+H 2 O–6e － =CO 2 ↑+6H +