Question

16．化學反應的能量變化、速率、限度是化學研究的重要內容．
（1）有關研究需要得到C₃H₈（g）=3C（石墨，s）+4H₂（g）的△H，但測定實驗難進行．
設計如圖1可計算得到：
①△H＞0（填＞、＜或=）
②△H=△H₁-△H₂-△H₃．（用圖中其它反應的反應熱表示）
（2）甲酸、甲醇、甲酸甲酯是重要化工原料．它們的一些性質如下：

物質	HCOOH	CH3OH	HCOOCH3
主要 性質	無色液體，與水互溶 K（HCOOH）＞K（CH3COOH）	無色液體，與水互溶	無色液體，在水中溶解度小，與醇互溶

工業(yè)制備甲酸原理：HCOOCH₃（l）+H₂O（l）$\stackrel{H+}{?}$ HCOOH（l）+CH₃OH（l），反應吸熱，但焓變的值很小．常溫常壓下，水解反應速率和平衡常數都較�。�
①工業(yè)生產中，反應起始，在甲酸甲酯和水的混合物中加入少量甲酸和甲醇，從反應速率和限度的角度分析所加甲酸和甲醇對甲酸甲酯水解的影響．甲醇：是很好的溶劑，能溶于水和HCOOCH₃，增大反應接觸面積，加快反應速率；同時，甲醇也是生成物，生物濃度增加，不利于平衡右移．甲酸：甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應速率，同時，甲酸也是生成物，生成物濃度增加，不利于平衡右移．某小組通過試驗研究反應HCOOCH₃轉化率隨時間變化的趨勢，在溫度T₁下，采用酯水比為1：2進行實驗，測得平衡是HCOOCH₃的轉化率為25%．
②預測HCOOCH₃轉化率隨時間的變化趨勢并畫圖2表示．
③該反應在溫度T₁下的平衡常數K=0.048．（保留兩位有效數字）
（3）HCOOH成為質子膜燃料電池的燃料有很好的發(fā)展前景．寫出該燃料電池的電極反應式：O₂ +4e^-+4H⁺=2H₂O； 2HCOOH-4e^-=2CO₂ ↑+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）由圖象可知，反應物總能量小于生成物總能量，則正反應為吸熱反應，結合蓋斯定律計算反應熱；
（2）①加入甲醇，增大反應接觸面積，加快反應速率，加入甲酸，甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應速率，甲醇、甲酸都是生成物，增大生成物濃度，平衡逆向移動；
②反應開始時速率較慢，生成甲酸電離出H⁺作催化劑能加快反應速率，隨著反應的進行，濃度逐漸減小，反應速率逐漸減慢，以此預測HCOOCH₃轉化率隨時間的變化趨勢；
③測得平衡是HCOOCH₃的轉化率為25%，結合酯水比為1：2以及K=$\frac{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}OH）}{c（HCOOC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}$計算；
（3）HCOOH成為質子膜燃料電池的燃料有很好的發(fā)展前景，酸性條件下形成原電池反應時，負極發(fā)生氧化反應，HCOOH被氧化生成二氧化碳，正極發(fā)生還原反應，氧氣被還原生成水．

解答 解：（1）①由圖象可知，反應物總能量小于生成物總能量，則正反應為吸熱反應，即△H＞0，故答案為：＞；
②由圖象可知|△H|+|△H₁|=|△H₂|+|△H₃|，因△H₁、△H₂、△H₃都小于0，則△H=△H₁-△H₂-△H₃，故答案為：△H₁-△H₂-△H₃；
（2）①加入甲醇，增大反應接觸面積，加快反應速率，加入甲酸，甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應速率，甲醇、甲酸都是生成物，增大生成物濃度，平衡逆向移動，即甲醇：是很好的溶劑，能溶于水和HCOOCH₃，增大反應接觸面積，加快反應速率；同時，甲醇也是生成物，生物濃度增加，不利于平衡右移；甲酸：甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應速率，同時，甲酸也是生成物，生成物濃度增加，不利于平衡右移，
故答案為：是很好的溶劑，能溶于水和HCOOCH₃，增大反應接觸面積，加快反應速率；同時，甲醇也是生成物，生物濃度增加，不利于平衡右移；甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應速率，同時，甲酸也是生成物，生成物濃度增加，不利于平衡右移；
②反應開始時速率較慢，生成甲酸電離出H⁺作催化劑能加快反應速率，隨著反應的進行，濃度逐漸減小，反應速率逐漸減慢，以此預測HCOOCH₃轉化率隨時間的變化趨勢為，故答案為：；
③測得平衡是HCOOCH₃的轉化率為25%，結合酯水比為1：2，設HCOOCH₃為1mol，則水為2mol，平衡生成HCOOH、CH₃OH都為0.25mol，剩余HCOOCH₃0.75mol，水1.75mol，
K=$\frac{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}OH）}{c（HCOOC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.25×0.25}{0.75×1.75}$=0.048，
故答案為：0.048；
（3）HCOOH成為質子膜燃料電池的燃料有很好的發(fā)展前景，酸性條件下形成原電池反應時，負極發(fā)生氧化反應，HCOOH被氧化生成二氧化碳，電極方程式為2HCOOH-4e^-=2CO₂ ↑+4H⁺，正極發(fā)生還原反應，氧氣被還原生成水，電極方程式為O₂ +4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：O₂ +4e^-+4H⁺=2H₂O； 2HCOOH-4e^-=2CO₂ ↑+4H⁺．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側重于考生對反應熱、化學平衡其影響因素以及化學電源的理解和應用的考查，對化學平衡常數簡單計算的掌握，注重考查學生知識遷移、讀圖及表達能力，難度中等．