Question

6．甲醇來源豐富、價格低廉、運輸貯存方便，是一種重要的化工原料，有著重要的用途和應用前景．
（1）工業(yè)生產甲醇的常用方法是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
①CH₃OH（g）+O₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）的反應熱△H=-392.8kJ/mol．
②若在恒溫恒容的容器內進行反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），則可用來判斷該反應達到平衡狀態(tài)的標志有AD．（填字母）
A．CO百分含量保持不變              B．容器中H₂濃度與CO濃度相等
C．容器中混合氣體的密度保持不變     D．CO的生成速率與CH₃OH的生成速率相等
（2）工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用甲醇蒸汽重整法，該法中的一個主要反應為CH₃OH（g）CO（g）+2H₂（g），此反應能自發(fā)進行的原因是反應是熵增加的反應
（3）在稀硫酸介質中，甲醇燃料電池負極發(fā)生的電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺
正極發(fā)生的電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O （g）△H=-241.8kJ/mol
根據蓋斯定律，②×2-①得目標熱化學方程式的反應熱；
②根據化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（2）反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應能自發(fā)進行的原因是△H-T△S＜0，反應是熵增加的反應；
（3）甲醇燃料電池中負極上甲醇失電子和水反應生成二氧化碳、氫離子，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水．

解答 解：（1）①已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O （g）△H=-241.8kJ/mol
根據蓋斯定律，②×2-①得：CH₃OH（g）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-392.8 kJ/mol，
故答案為：①-392.8 kJ/mol；
②A．CO百分含量保持不變，說明正逆反應速率相等，達平衡狀態(tài)，故A正確；
B．容器中H₂濃度與CO濃度相等，不能說明正逆反應速率相等，所以不能作平衡狀態(tài)的標志，故B錯誤；
C．容器中混合氣體的密度始終保持不變，所以不能作平衡狀態(tài)的標志，故C錯誤；
D．CO的生成速率與CH₃OH的生成速率相等，速率之比等于對應物質的計量數之比，說明正逆反應速率相等，達平衡狀態(tài)，故D正確；
故選AD；
（2）①反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應能自發(fā)進行的原因是△H-T△S＜0，反應是熵增加的反應，
故答案為：反應是熵增加的反應；
（3）甲醇燃料電池實質就是利用CH₃OH燃料在氧氣中反應來提供電能，CH₃OH作負極，發(fā)生氧化反應，電極反應為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；氧氣在正極反應：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

點評 本題考查了化學平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數的表達式及溫度與平衡常數的關系，原電池電極反應式的書寫，題目難度中等．