Question

6．甲醇燃料分為甲醇汽油和甲醇柴油，工業(yè)合成甲醇的方法很多．
（1）一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H═△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃．
（2）在容積為2L的密閉容器中進行反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），其他條件不變，在300℃和500℃時，物質(zhì)的量n（CH₃OH）與反應(yīng)時間t的變化曲線如圖1所示，該反應(yīng)的△H＜0 （填＞、＜或=）．
（3）若要提高甲醇的產(chǎn)率，可采取的措施有（填字母）ABE
A．縮小容器體積        B．降低溫度        C．升高溫度
D．使用合適的催化劑     E．將甲醇從混合體系中分離出來

（4）CH₄和H₂O在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃時，向1L密閉容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小時后測得反應(yīng)體系達到平衡狀態(tài)，此時CH₄的轉(zhuǎn)化率為50%，計算該溫度下上述反應(yīng)的化學平衡常數(shù)6.75（結(jié)果保留小數(shù)點后兩位數(shù)字）
（5）以甲醇為燃料的新型電池，其成本大大低于以氫為燃料的傳統(tǒng)燃料電池，目前得到廣泛的研究，圖2是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖，B極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O
（6）25℃時，草酸鈣的Ksp=4.0×10^-8，碳酸鈣的Ksp=2.5×10^-9．向10ml碳酸鈣的飽和溶液中逐滴加入8.0×10^-4mol•L^-1的草酸鉀溶液10ml，能否產(chǎn)生沉淀否（填“能”或“否”）．

Answer 1

分析 （1）①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
由蓋斯定律可知，①+②×$\frac{1}{2}$-③×$\frac{1}{2}$得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；
（2）在300℃到500℃時，物質(zhì)的量n（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（3）A．縮小容器體積，增大壓強，平衡正向移動；
B．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動；
C．升高溫度，平衡逆向移動；
D．催化劑不影響平衡移動；
E．將甲醇從混合體系中分離出來，生成物濃度減小，平衡正向移動；
（4）CH₄和H₂O在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），5小時后測得反應(yīng)體系達到平衡狀態(tài)，此時CH₄的轉(zhuǎn)化率為50%，
                                               CH₄+H₂O?CO+3H₂
起始物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1） 1.0    1.0         0       0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1） 0.5    0.5        0.5     1.5
平衡物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1   0.5    0.5        0.5     1.5
結(jié)合平衡濃度計算K；
（5）負極上甲醇失電子生成二氧化碳；
（6）碳酸鈣溶液中鈣離子濃度為$\sqrt{2.5×1{0}^{-9}}$mol/L=5×10^-5mol/L，二者混合后，鈣離子濃度=2.5×10^-5mol/L，草酸鉀濃度為4.0×10^-4mol/L，結(jié)合Qc與Ksp判斷．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
由蓋斯定律可知，①+②×$\frac{1}{2}$-③×$\frac{1}{2}$得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），則△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃，
故答案為：△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃；
（2）在300℃到500℃時，物質(zhì)的量n（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
（3）A．縮小容器體積，增大壓強，平衡正向移動，甲醇的產(chǎn)率增加，故正確；
B．降低溫度，平衡正向移動，甲醇的產(chǎn)率增加，故正確；
C．升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的產(chǎn)率減少，故錯誤；
D．使用合適的催化劑，平衡不移動，故錯誤；
E．將甲醇從混合體系中分離出來，有利平衡正向移動，提高甲醇的產(chǎn)量，故正確；
故答案為：A B E；
（4）CH₄和H₂O在催化劑表面發(fā)生反應(yīng)CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃時，向1L密閉容器中投入1molCH₄和1mol H₂O（g），5小時后測得反應(yīng)體系達到平衡狀態(tài)，此時CH₄的轉(zhuǎn)化率為50%，
                                               CH₄+H₂O?CO+3H₂
起始物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1） 1.0    1.0         0       0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1） 0.5    0.5        0.5     1.5
平衡物質(zhì)的量濃度（mol•L^-1   0.5    0.5        0.5     1.5
K=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×0.5}$=6.75mol²/L²，
故答案為：6.75；
（5）由原電池原理可知，負極上甲醇失電子生成二氧化碳，電極反應(yīng)為CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
（6）碳酸鈣溶液中鈣離子濃度為$\sqrt{2.5×1{0}^{-9}}$mol/L=5×10^-5mol/L，二者混合后，鈣離子濃度=2.5×10^-5mol/L，草酸鉀濃度為4.0×10^-4mol/L，混合后c（Ca²⁺）•c（C₂O₄^2-）=2.5×10^-5×4.0×10^-4=1×10^-8＜Ksp（4.0×10^-8），故無沉淀，
故答案為：否．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握化學平衡三段法、平衡移動、電極反應(yīng)、沉淀生成、蓋斯定律應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的考查，注意利用平衡濃度計算K，綜合性較強，題目難度中等．