Question

能源問題是人類社會面臨的重大課題．甲醇是未來重要的綠色能源之一．

（l）已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃燒生成 CO₂和液態(tài)水時(shí)放熱 22.70kJ．請寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）

催化劑

加熱

CH₃OH（g）+H₂O（g）在其它條件不變的情況下，實(shí)驗(yàn)測得溫度對反應(yīng)的影響如圖1所示（注：T₁、T₂均大于300℃）：
①合成甲醇反應(yīng)的△H

 

0．（填“＞”、“＜”或“=”）．
②平衡常數(shù)的表達(dá)式為：

 

．溫度為T₂時(shí)的平衡常數(shù)

 

溫度為T₁時(shí)的平衡常數(shù)（填“＞”、“＜”或“=”）
③在T₁溫度下，將1mol CO₂和 1molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為α，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)的比值為

 

．
（3）利用甲醇燃料電池設(shè)計(jì)如圖2所示的裝置．該裝置中 Pt 極為

 

極；寫出b極的電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)題干條件，1g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱22.70KJ，所以32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱726.40KJ，依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法寫出；
（2）①圖象分析先拐先平，溫度高T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，縱軸是甲醇的物質(zhì)的量，溫度越高，甲醇越少，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
②依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)表達(dá)式，圖象分析先拐先平，溫度高T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，縱軸是甲醇的物質(zhì)的量，溫度越高，甲醇越少，平衡逆向進(jìn)行分析判斷；
③根據(jù)平衡三段式列式計(jì)算，相同條件下，氣體壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比；
（3）甲醇燃料電池，燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，與負(fù)極連接的是陰極，與正極連接的為陽極，電池負(fù)極反應(yīng)是甲醇失電子，在堿性溶液中生成碳酸鹽，依據(jù)電荷守恒寫出電極反應(yīng)．

解答：解：（1）已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃燒生成 CO₂和液態(tài)水時(shí)放熱 22.70kJ，32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱726.40KJ，甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.40KJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.40KJ/mol；
（2）①根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：＜；
②依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念寫出平衡常數(shù)表達(dá)式，K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，
故答案為：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；＜；
③在T₁溫度下，將1mol CO₂和 1molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為α，則
              CO₂（g）+3H₂（g）

催化劑

加熱

CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1          1            0        0
變化量（mol）  α          3α           α         α
平衡量（mol）1-α        1-3α           α         α
則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始壓強(qiáng)的比值等于物質(zhì)的量之比=（2-2α）：2=1-α，
故答案為：1-α；
（3）甲醇燃料電池中甲醇在b電極發(fā)生氧化反應(yīng)，為負(fù)極反應(yīng)，氧氣在a電極發(fā)生還原反應(yīng)，為正極反應(yīng)，與負(fù)極相連的Pt電極為陰極，碳電極為陽極，b電極發(fā)生的電極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：陰；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式書寫，原電池原理和電解池原理的分析應(yīng)用，化學(xué)平衡的計(jì)算方法，平衡常數(shù)概念理解計(jì)算，題目難度中等．