(12分) 甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。
(1)工业上一般采用下列两种反应合成甲醇:
反应I: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
反应II: CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g) ΔH2
①上述反应符合“原子经济”原则的是 (填“I”或“Ⅱ”)。
②已知反应Ⅰ的能量变化如图所示:由表中数据判断 ΔH1 0 (填“>”、“=”或“<”)。
③某温度下,将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)= 0.2 mol/L, 则CO的转化率为
(2)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g) ΔH =-1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g) ΔH =-566.0 kJ/mol
③ H2O(g) = H2O(l) ΔH =-44.0 kJ/mol
请计算1 mol甲醇不完全燃烧生成1 mol一氧化碳和液态水放出的热量为________
(3)某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理,设计如右图所示的电池装置。
①该电池正极的电极反应为____________
②工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池总反应的化学方程式为____________.
(1)①1 ②< ③80% (2)442.8KJ
(3)①O2+2H2O+4e-=4OH- ②2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O
(1)①根据方程式可知,反应I中反应物全部转化为甲醇,符合“原子经济”原则。
②根据图像可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,所以反应是放热反应,则ΔH1<0。
③反应前CO的浓度是1mol/L,所以消耗的CO是1mol/L-0.2mol/L=0.8mol/L,所以其转化率是80%。
(2)考查反应热的有关计算。根据盖斯定律可知,(①-②+③×4)÷2即得到CH3OH(l) + O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l),所以反应热是△H=(-1275.6 kJ/mol+566.0 kJ/mol-44.0 kJ/mol×4)÷2=-442.8kJ/mol,所以1 mol甲醇不完全燃烧生成1 mol一氧化碳和液态水放出的热量为442.8kJ。
(3)①原电池中正极得到电子,所以氧气在正极通入。由于电解质是氢氧化钾溶液,所以正极反应式是O2+2H2O+4e-=4OH-。
②由于负极是甲醇失去电子,生成碳酸钾和水,所以总反应式是2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O。