据粗略统计，我国没有处理排放的焦炉煤气已超过250亿立方米，这不仅是能源的浪费，也对环境造成极大污染．为解决这一问题，我国在2004年起已利用焦炉煤气制取甲醇及二甲醚，其中甲醇

Question

据粗略统计，我国没有处理排放的焦炉煤气已超过250亿立方米，这不仅是能源的浪费，也对环境造成极大污染．为解决这一问题，我国在2004年起已利用焦炉煤气制取甲醇及二甲醚，其中甲醇产量在2012年末已达到500～600万吨．请回答下列问题：
（1）已知CO中的C与O之间为三键连接，且合成甲醇的主要反应原理为CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₁．如表所列为常见化学键的键能数据：

化学键	C-C	C-H	H-H	C-O	C=O	H-O
键能/kJ•mol-1	348	414	436	326.8	1032	464

则该反应的△H₁=___ kJ•mol^-1．
（2）二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用．已知利用焦炉气合成二甲醚的三步反应如下：
ⅰ．2H₂（g）+CO（g）⇌CH₃OH（g）△H₁
ⅱ．2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
ⅲ．CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.3kJ•mol^-1
①总反应：3H₂（g）+3CO（g）⇌CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=___kJ•mol^-1．
②下列描述中能说明上述总反应已达平衡的是___．
A．c（H₂）、c（CO）、c（CH₃OCH₃）、c（CO₂）均为0.1mol•L^-1
B．2v（H₂）_正=v（CH₃OCH₃）_逆
C．容器中气体的压强保持不变
D．单位时间内生成n mol CO的同时生成n mol H₂
③一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是___．
a．增大压强   b．加入催化剂  c．减少CO₂的浓度  d．增加CO的浓度 e．分离出二甲醚
（3）①甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理示意图如图甲，该燃料电池的电池反应式为2CH₃OH （g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），则正极的电极反应式为___．

②用上述电池做电源，用图乙装置电解饱和食盐水（C₁、C₂均为石墨电极），该反应的离子方程式为___，电解初始在电极___（填“C₁”或“C₂”）的周围先出现红色．
③当有8g甲醇完全反应，在C₂上可收集到标准状况下气体的体积为___．

Answer 1

（Ⅰ）（1）CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH （g），反应的焓变可以根据反应物的总键能和生成物的总键能计算得到，焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，依据图表提供的化学键的键能计算得到，△H₁═1032KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×414KJ/mol+326.8KJ/mol+464KJ/mol）=-128.8 kJ•mol^-1，
故答案为：-128.8；    
（2）①ⅰ．2H₂（g）+CO（g）⇌CH₃OH（g）△H₁=-128.8 kJ•mol^-1
ⅱ．2CH₃OH（g）⇌CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ•mol^-1
ⅲ．CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.3kJ•mol^-1
依据盖斯定律计算ii+iii+i×2得到反应的热化学方程式：3H₂（g）+3CO（g）⇌CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-322.4KJ/mol，
故答案为：-322.4；  
②3H₂（g）+3CO（g）⇌CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-322.4KJ/mol，总反应是气体体积减小的放热反应，
A．c（H₂）、c（CO）、c（CH₃OCH₃）、c（CO₂）均为0.1mol•L^-1 ，不能证明正逆反应速率相同，不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．反应速率之比等于化学方程式计量数之比，为正反应速率之比，当v（H₂）_正=3v（CH₃OCH₃）_逆 时，甲醚正逆反应速率相同反应达到平衡状态，所以
2v（H₂）_正=v（CH₃OCH₃）_逆，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体物质的量变化，当容器中气体的压强保持不变说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．单位时间内生成n mol CO的同时生成n mol H₂，说明反应逆向进行，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：C；
③a．压强增大，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，故a正确；
b．催化剂可以增大反应速率，不改变化学平衡，CO转化率不变，故b错误；
c．减少CO₂的浓度平衡向正反应反应移动，CO转化率增大，故c正确；
d．增加CO的浓度，CO的转化率反而减小，故d错误；
e．分离出二甲醚平衡向正反应反应移动，CO转化率增大，故e正确，
故答案为：a c e；
（3）①酸性条件下，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，则负极的电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺；
正极氧气得到电子结合氢离子反应生成水，正极电极反应式为：4H⁺+4e^-+O₂=2H₂O，
故答案为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
②图乙装置电解饱和食盐水（C₁、C₂均为石墨电极），该反应是溶液中氢离子在阴极C₂电极得到电子生成氢气，水电离平衡正向进行，氢氧根离子浓度增大，溶液中酚酞变红色，氯离子在阳极C₁电极失电子生成氯气，反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O(电解.)/()2OH^-+Cl₂↑+H₂↑，
故答案为：2Cl^-+2H₂O(电解.)/()2OH^-+Cl₂↑+H₂↑，C₂；       
③原电池负极电极反应CH₃OH+H₂O-6e^-═CO₂+6H⁺，和电解池阴极电极反应2H⁺+2e^-=H₂↑存在电子守恒，CH₃OH～3H₂↑～6e^-，当有8g甲醇完全反应物质的量=(8g)/(32g/mol)=0.25mol，在C₂上可收集到标准状况下气体的体积=0.25mol×3×22.4L/mol=16.8L，
故答案为：16.8L；