Question

20．化學在能源開發(fā)與利用中起著重要的作用，如甲醇、乙醇、二甲醚（CH₃OCH₃）等都是新型燃料．
（1）乙醇是重要的化工產(chǎn)品和液體燃料，可以利用下列反應(yīng)制取乙醇．
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=a kJ/mol
在一定壓強下，測得上述反應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)如表．

溫度/K CO2轉(zhuǎn)化率% $\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$	500	600	700	800
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析：
①上述反應(yīng)的a小于0（填“大于”或“小于”）．
②在一定溫度下，提高氫碳（即$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$）比，平衡常數(shù)K值不變（填“增大”、“減小”、或“不變”）．
（2）催化劑存在的條件下，在固定容積的密閉容器中投入一定量的CO和H₂，同樣可制得乙醇（可逆反應(yīng)）．該反應(yīng)過程中能量變化如圖所示：

在一定溫度下，向上述密閉容器中加入1mol CO、3mol H₂及固體催化劑，使之反應(yīng)．平衡時，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為Q kJ，若溫度不變的條件下，向上述密閉容器中加入4mol CO、12mol H₂及固體催化劑，平衡時，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為w kJ，則w的范圍為4Q＜w＜2 （E₂-E₁）．
（3）以乙醇蒸氣、空氣、氫氧化鈉溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成燃料電池，其工作原理與甲烷燃料電池原理相類似．該電池中負極上的電極反應(yīng)式是CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．使用上述乙醇燃料電池電解（Pt電極）一定濃度的硫酸銅溶液通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1mol Cu（OH）₂后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，則乙醇燃料電池在電解過程中轉(zhuǎn)移電子數(shù)是0.4N_A．

Answer 1

分析 （1）①升高溫度化學平衡向吸熱方向移動；
 ②化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；
（2）該反應(yīng)熱化學方程式為2CO（g）+4H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-（E₂-E₁）kJ/mol
在一定溫度下，向上述密閉容器中加入1mol CO、3mol H₂，平衡時，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為Q kJ小于$\frac{1}{2}$ （E₂-E₁）kJ，
該反應(yīng)前后氣體體積減小，增大壓強平衡正向移動，若溫度不變的條件下，向上述密閉容器中加入4mol CO、12mol H₂平衡時，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為w kJ，如果4molCO完全反應(yīng)放出的熱量為2 （E₂-E₁）kJ，如果兩種情況下CO轉(zhuǎn)化率相同，則放出的熱量為4Q，實際上4molCO反應(yīng)時轉(zhuǎn)化率大于1molCO，所以放出的熱量大于4Q；
（3）該原電池負極上乙醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水；0.1mol Cu（OH）₂相當于0.1molCuO．H₂O，即0.1molCuO、0.1molH₂O，陰極上析出Cu和氫氣，陽極上只析出氧氣，根據(jù)氧原子與轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算轉(zhuǎn)移電子數(shù)．

解答 解：（1）①升高溫度化學平衡向吸熱方向移動，升高溫度，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動，則逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即a＜0，
故答案為：小于；
 ②化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變化學平衡常數(shù)不變，所以該反應(yīng)化學平衡常數(shù)不變，故答案為：不變；
（2）該反應(yīng)熱化學方程式為2CO（g）+4H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-（E₂-E₁）kJ/mol
在一定溫度下，向上述密閉容器中加入1mol CO、3mol H₂，平衡時，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為Q kJ小于$\frac{1}{2}$ （E₂-E₁）kJ，
該反應(yīng)前后氣體體積減小，增大壓強平衡正向移動，若溫度不變的條件下，向上述密閉容器中加入4mol CO、12mol H₂平衡時，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為w kJ，如果4molCO完全反應(yīng)放出的熱量為2 （E₂-E₁）kJ，如果兩種情況下CO轉(zhuǎn)化率相同，則放出的熱量為4Q，實際上4molCO反應(yīng)時轉(zhuǎn)化率大于1molCO，所以放出的熱量大于4Q，所以放出的熱量4Q＜w＜2 （E₂-E₁），故答案為：4Q＜w＜2 （E₂-E₁）；
（3）該原電池負極上乙醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；0.1mol Cu（OH）₂相當于0.1molCuO．H₂O，即0.1molCuO、0.1molH₂O，陰極上析出Cu和氫氣，陽極上只析出氧氣，根據(jù)原子守恒得n（O₂）=2n[Cu（OH）₂]=0.1mol=0.1mol，生成1個氧分子轉(zhuǎn)移4個電子，所以生成0.1molO₂原子轉(zhuǎn)移0.4mol電子，電子數(shù)為 0.4 N_A，
故答案為：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O； 0.4 N_A．

點評 本題考查較綜合，涉及化學平衡計算、反應(yīng)熱計算、原電池原理等知識點，側(cè)重考查學生分析計算能力，明確化學平衡常數(shù)影響因素、原電池電極反應(yīng)式的書寫等知識點是解本題關(guān)鍵，注意：所有的平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)的物質(zhì)的量多少及濃度無關(guān)，難點是電極反應(yīng)式的書寫，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫．