Question

7．能源問題是人類社會面臨的重大課題，甲醇是未來重要的能源物質(zhì)之一．
（1）合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；圖1表示某次合成實驗過程中甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，則該反應(yīng)的△H＜0．（填“＞、＜或=”下同）
（2）若在230℃時，平衡常數(shù)K=1．若其它條件不變，將溫度升高到500℃時，達(dá)到平衡時，K＜1．
（3）在某溫度下，向一個容積不變的密閉容器中通入2.5mol CO和7.5mol H₂，達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為90%，此時容器內(nèi)的壓強(qiáng)為開始時的0.55倍．
（4）利用甲醇燃料電池設(shè)計如圖2所示的裝置：
①則該裝置中b為負(fù)極，該電極發(fā)生的電極方程式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，反應(yīng)進(jìn)行一段時間后原電池溶液PH變�。ㄌ钭兇蠡蜃冃』虿蛔儯�寫出裝置中電解池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的離子方式Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu，
②當(dāng)銅片的質(zhì)量變化為12.8g時，外電路轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為0.4mol，a極上消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L． 反應(yīng)完成后電解質(zhì)溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變�。ㄌ钭兇蠡蜃冃』虿蛔儯�
（5）低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式，其中一種技術(shù)是將CO₂轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實現(xiàn)碳循環(huán)．如：
2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol
2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
則由乙烯水化制乙醇反應(yīng)的熱化學(xué)方程式C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2kJ/mol．
在工業(yè)生產(chǎn)中，如何根據(jù)乙烯水化制乙醇方程式，提高乙烯的利用率（轉(zhuǎn)化率）1降低溫度，2不斷的移走乙醇．（寫兩條）

Answer 1

分析 （1）230℃處于平衡狀態(tài)，再升高溫度甲醇的體積分?jǐn)?shù)，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
（2）說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小；
（3）參加反應(yīng)CO為2.5mol×90%=2.25mol，進(jìn)而計算平衡時混合氣體總物質(zhì)的量，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比；
（4）①甲醇燃料電池，燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，b為負(fù)極；b電極上甲醇失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；由電極方程式判斷PH變化；
②根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算消耗氧氣的體積，根據(jù)總反應(yīng)方程式判斷；
（5）根據(jù)蓋斯定律來計算反應(yīng)的焓變并書寫熱化學(xué)方程式；溫度，濃度等對物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率有影響．

解答 解：（1）230℃處于平衡狀態(tài)，再升高溫度甲醇的體積分?jǐn)?shù)，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，故答案為：＜；
（2）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小，則K＜1，故答案為：＜；
（3）參加反應(yīng)CO為2.5mol×90%=2.25mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 氣體物質(zhì)的量減小
1                 2
2.25mol     4.5mol
故平衡后混合氣體總物質(zhì)的量為2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，此時容器內(nèi)的壓強(qiáng)為開始時的$\frac{5.5mol}{2.5mol+7.5mol}$=0.55倍，
故答案為：0.55；
（4）①甲醇燃料電池，燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，故b為負(fù)極；b電極上甲醇失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+
6H₂O；由電極反應(yīng)方程式知OH^-不斷減小，故PH變��；電解池內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的離子方式為：Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
故答案為：負(fù)；CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；變��；Zn+Cu²⁺=Zn²⁺+Cu；
②當(dāng)銅片的質(zhì)量變化為12.8g時，消耗的n（Cu）=$\frac{12.8}{64}$=0.2mol，由Cu～Cu²⁺轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2mol，故n（e-）=0.4mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知消耗氧氣為$\frac{0.2mol×2}{4}$=0.1mol，故a極上消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L；Zn+CuSO₄=Cu+ZnSO₄，CuSO₄不斷的消耗掉，故其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變�。�
故答案為：0.4mol；2.24；變��；
（5）①2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H₁=+1411.0kJ/mol
②2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H₂=+1366.8kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）等于②-①，所以△H=△H₂-△H₁=-44.2 kJ/mol，故為C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2 kJ/mol；
降低溫度向放熱方向進(jìn)行，故降低溫度可提高乙烯轉(zhuǎn)化率，不斷的移走生成物，反應(yīng)物濃度增加，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行也能提高乙烯轉(zhuǎn)化率；
故答案為：C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2kJ/mol；降低溫度，不斷的移走乙醇．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、平衡常數(shù)、原電池與電解原理等，難度中等．