Question

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅰ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

，此時(shí)的溫度為

 

（從上表中選擇）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-1451.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

（3）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的電池裝置：
①該電池的能量轉(zhuǎn)化形式為

 

．
②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小．請(qǐng)寫出該電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式．

 

③用該電池電解（惰性電極）500mL某CuSO₄溶液，電解一段時(shí)間后，為使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到原狀態(tài)，需要向溶液中加入9.8g Cu（OH）₂固體．則原CuSO₄溶液的物質(zhì)的量濃度為

 

mol/L（假設(shè)電解前后溶液體積不變）．

Answer 1

考點(diǎn)：反應(yīng)熱和焓變,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②根據(jù)CO的平衡濃度計(jì)算平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；列式三段式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算進(jìn)行書寫；
（3）①依據(jù)原電池原理分析能量變化為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
②燃料原電池中負(fù)極是燃料失去電子發(fā)生的氧化反應(yīng)，工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
③加氫氧化銅可以恢復(fù)原狀態(tài)，說明硫酸銅被電解完全，并電解了部分水，據(jù)銅離子守恒求算．

解答： 解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₁＜0，
故答案為：＜；
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L；達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，故CO轉(zhuǎn)化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算得到平衡濃度：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1       3         0
變化量（mol/L） 0.8    1.6       0.8
平衡量（mol/L） 0.2    1.4       0.8
K=

0.8

0.2×1．42

=2.041對(duì)照?qǐng)D表數(shù)據(jù)判斷溫度為250℃；
故答案為：80%；250℃；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-1275.6kJ?mol^-1-（-566.0kJ?mol^-1）+4×（-44.0kJ/mol）=-887kJ?mol^-1
故該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）①甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)能量是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
②燃料電池中，投放燃料的電極是負(fù)極，投放氧化劑的電極是正極，負(fù)極上燃料失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，所以負(fù)極電極反應(yīng)式為C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，故答案為：C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；
③加氫氧化銅可以恢復(fù)原狀態(tài)，說明硫酸銅被電解完全，并電解了部分水，n（Cu²⁺）=n[Cu（OH）₂]=

9.8g

98g?mol-1

=0.1mol，所以，c（CuSO₄）=

0.1mol

0.5L

=0.2mol/L，故答案為：0.2．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的意義、轉(zhuǎn)化率、蓋斯定律、燃料電池、電極反應(yīng)式書寫，注重?fù)?jù)此知識(shí)的考查，題目難度中等．