甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用．工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：ⅠCH4（g）+CO2（g）⇌2CO（g）+2H2（g）△H1=+247.3kJ•mol-1ⅡCO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H2=-90.1kJ

Question

甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用．工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：
ⅠCH₄（g）+CO₂（g）⇌2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ•mol^-1
ⅡCO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1
Ⅱ2CO（g）+O₂（g）⇌2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ•mol^-1
（1）用CH₄和O₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为___．
（2）某温度下，向4L恒容密闭容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄，发生反应（i），平衡体系中各组分的体积分数均为 (1)/(4)，则此温度下该反应的平衡常数K=___，CH₄的转化率为___．
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：CH₃OH（g）+CO（g）⇌HCOOCH₃（g）
  科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是___（填“3.5×10⁶Pa““4．O×10⁶Pa“或“5.0×10⁶Pa”）．
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是___．
（4）镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔．图3为“镁-次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金．
①E为该燃料电池的___极（填“正”或“负”）．F电极上的电极反应式为___．
②镁燃料电池负极容易发生自腐蚀产生氢气，使负极利用率降低，用化学用语解释其原因___．
（5）乙醛酸（HOOC-CHO）是有机合成的重要中间体．工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图4所示，该装置中阴、阳两极为惰性电极，两级室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸．
①N电极上的电极反应式为___．
②若有2molH⁺通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为___mol．
（6）常温下用惰性电极电解200mLNaCl、CuSO₄的混合溶液，所得气体的体积随时间变化如图5所示，根据图5中信息回答下列问题．（ 气体体积已换算成标准状况下的体积，且忽略气体在水中的溶解和溶液体积的变化）
①曲线___ （填Ⅰ或Ⅱ）表示阳极产生气体的变化；
②NaCl的物质的量浓度为___．CuSO₄的物质的量浓度为___．
③t₂时所得溶液的pH为___．

Answer 1

（1）根据（Ⅰ）CH₄（g）+CO₂（g）⇌2CO（g）+2H₂（g）△H₁=+247.3kJ•mol^-1
（Ⅱ）CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₂=-90.1kJ•mol^-1
（Ⅲ）2CO（g）+O₂（g）⇌2CO₂（g）△H₃=-566.0kJ•mol^-1
由（Ⅰ）×2+（Ⅱ）×2+（Ⅲ）得2CH₄（g）+O₂（g）⇌2CH₃OH（g）△H，故△H=2△H₁+2△H₂+△H₃=（+247.3kJ•mol^-1）×2+（-90.1kJ•mol^-1）×2+（-566.0kJ•mol^-1）=-251.6kJ•mol^-1，所以用CH₄和O₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为2CH₄（g）+O₂（g）⇌2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1，故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）⇌2CH₃OH（g）△H=-251.6kJ•mol^-1；
（2）CH₄（g）+CO₂（g）⇌2CO（g）+2H₂（g）
起始（mol） 6        6        0         0
变化（mol） x       x         2x        2x
平衡（mol）6-x      6-x       2x         2x
平衡体系中各组分的体积分数均为(1)/(4)，所以6-x=2x，解得x=2，
则此温度下该反应的平衡常数K=(c2(CO)×c2(H2))/(c(CH4)×c(CO2))=(12×12)/(1×1)=1，
CH₄的转化率为(2)/(6)=33.3%，故答案为：1；33.3%；
（3）①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率变化最大的是4.0×10⁶Pa，故答案为：4.0×10⁶Pa；
②依据图象分析温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，
故答案为：高于80℃时，温度对反应速率影响较小，且反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低；
（4）①“镁-次氯酸盐”燃料电池中失电子的为负极，则Mg为负极；正极上ClO^-得电子生成氯离子，则正极的电极反应式为：ClO^-+2e^-+H₂O═Cl^-+2OH^-；故答案为：负；ClO^-+2e^-+H₂O═Cl^-+2OH^-；
②Mg的活泼性较强能与水反应生成氢气，其反应为：Mg+2H₂O═Mg（OH）₂+H₂↑，故答案为：Mg+2H₂O═Mg（OH）₂+H₂↑；
（5）①N电极上HOOC-COOH得电子生成HOOC-CHO，则电极反应式为HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O，故答案为：HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O；
②2mol H⁺通过质子交换膜，则电池中转移2mol电子，根据电极方程式HOOC-COOH+2e^-+2H⁺═HOOC-CHO+H₂O，可知生成1mol乙醛酸，由于两极均有乙醛酸生成所以生成的乙醛酸为2mol；故答案为：2；
（6）①电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，阳极发生2Cl^--2e^-=Cl₂↑、4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，阴极发生Cu²⁺+2e^-=Cu、2H⁺+2e^-=H₂↑，所以阳极上先产生气体，曲线Ⅱ表示阳极产生气体的变化，故答案为：Ⅱ；
②结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系①由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=(0.224L)/(22.4L/mol)×2=0.02mol，所以c（NaCl）=(0.02mol)/(0.2L)=0.1mol/L，
由t₂时生成氧气为112mL，n（O₂）=(0.112L)/(22.4L/mol)=0.005mol，则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根据电子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=(0.04mol)/(2)=0.02mol，所以c（CuSO₄）=(0.02mol)/(0.2L)=0.1mol/L，
故答案为：0.1mol/L；0.1mol/L；
③由t₂时4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O～4H⁺，n（H⁺）=0.005mol×4=0.02mol，则溶液的c（H⁺）=(0.02mol)/(0.2L)=0.1mol/L，pH=1，故答案为：1．