Question

研究碳氧化物的利用對促進低碳社會的構建具有重要的意義．
（1）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，
已知：
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ?mol^-1以CO₂和H₂為原料合成甲醇的熱化學方程式為

 

，能使該合成平衡體系中

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的措施有

 

（任寫一條）；
（2）工業(yè)上以CO和H₂為原料合成甲醇化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
①在容積為1L的密閉容器中充入1molCO，實驗測得平衡時甲醇的物質的量和溫度的關系如下表，則該正反應的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）；

溫   度	300℃	400℃	500℃
n（甲醇）/mol	0.21	0.17	0.11

②在恒容容器中合成甲醇，當溫度分別為230℃、250℃和270℃時，CO的轉化率與

n(H2)

n(CO)

的起始組成比的關系如圖所示．已知容器體積1L，起始時CO的物質的量均為1mol，據(jù)此判斷在上述三種溫度中，曲線Z對應的溫度是

 

，利用圖中a點對應的數(shù)據(jù)，計算該反應在對應溫度下的平衡常數(shù)K=

 

；
（3）甲醇燃料電池在堿性介質中工作時的正極電極反應式為：

 

，當6.4g甲醇完全反應時有

 

mol電子發(fā)生轉移．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減，反應熱也處于相應的系數(shù)進行相應的加減，構造目標熱化學方程式；為使甲醇與二氧化碳的物質的量比值增大，應使平衡向正反應方向移動，或增加甲醇的物質的量；
（2）①根據(jù)圖中數(shù)據(jù)結合溫度對平衡的影響分析平衡時甲醇的物質的量和溫度的關系；
②正反應放熱，則升高溫度CO的轉化率降低；計算出平衡時各物質的濃度，結合平衡常數(shù)的定義進行計算；
（3）原電池放電時，陰離子向負極移動，負極上失電子發(fā)生氧化反應，正極上得電子發(fā)生還原反應，堿性燃料電池中氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，根據(jù)甲醇和轉移電子之間的關系式計算．

解答： 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ?mol^-1；依據(jù)蓋斯定律①×

3

2

-②得到CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ?mol^-1；為使甲醇與二氧化碳的物質的量比值增大，應使平衡向正反應方向移動，可通過增大壓強或者降低溫度等實現(xiàn)，或增加甲醇的物質的量，反應雖然向逆反應方向移動，但反應的比增加的少，二者比值增大，
故答案為：CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ?mol^-1；增大壓強或者降低溫度等或增加甲醇的物質的量；
（2）①根據(jù)實驗測得平衡時甲醇的物質的量和溫度的關系，n（甲醇）/mol，300℃，0.21，400℃，0.17，說明溫度越高，甲醇的物質的量越少，平衡向逆反應方向移動，即逆反應方向為吸熱方向，所以正反應方向為放熱方向，即△H＜0，
故答案為：＜；
根據(jù)該反應為放熱反應，溫度越高CO的轉化率越小，所以曲線Z為270℃，由圖象可知當270℃時，CO的轉化率為50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，則
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L） 1       1.5      0
轉化（mol/L） 0.5     1        0.5
平衡（mol/L） 0.5     0.5      0.5
K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×0.5×0.5

=4，
故答案為：270℃；4；    
（3）燃料電池的負極上是燃料甲醇發(fā)生失電子的氧化反應，電解質環(huán)境是堿性，正極上氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，反應為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
當6.4g甲醇完全反應時，電子轉移個數(shù)=

6.4g

32g/mol

×6momol=1.2mol，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；1.2．

點評：本題考查了利用蓋斯定律書寫熱化學反應方程式、電極反應式的書寫和平衡等知識點，平衡移動是學習難點，為使甲醇與二氧化碳的物質的量比值增大，應使平衡向正反應方向移動，或增加甲醇的物質的量，或增加甲醇的物質的量為解答易漏答的要點，題目難度中等．