Question

甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料，可制作燃料電池．
（1）工業(yè)上可用下列兩種反應制備甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃．則2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g） 的反應熱△H=

 

（用△H₁、△H₂、△H₃表示）．
（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₄．
①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖a．則△H₄

 

0，P1

P₂．（填“＜”、“＞”或“=”）
②100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為100L的反應室，達到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5.100℃時該反應的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）某實驗小組設計如圖b所示的電池裝置，正極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,反應熱和焓變,常見化學電源的種類及其工作原理,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強的變化曲線

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）運用蓋斯定律解答，注意分析待求反應中的反應物和生成物在已知反應中的位置，通過加減求得．
（2）①從CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化趨勢分析第一問；在200℃時，看不同壓強下CO的轉(zhuǎn)化率大小，結(jié)合化學方程式中反應前后氣體的體積變化解答．
②利用三段式法解答．
③電池的負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應，注意電解質(zhì)溶液為堿性．

解答： 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
據(jù)蓋斯定律，①-②得：④CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=△H₁-△H₂
再④×2+③得：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=2△H₁-2△H₂+△H₃
故答案為：2△H₁-2△H₂+△H₃；
（2）①從圖a可見，CH₄轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大，說明升溫時平衡正向移動，△H＞0；
在圖a的200℃位置，平行與縱軸畫一條虛線，可見CH₄的轉(zhuǎn)化率P₁＞P₂，在CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）反應中，生成物的氣體體積大于反應物，壓強增大時平衡向逆向移動，故P₁＜P₂
故答案為：＞；＜；
②CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則有0.5×1mol=0.5mol參與反應，
               CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）   0.01     0.02      0       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）   0.005    0.005    0.005    0.015
平衡（mol/L）  0.005    0.015    0.005    0.015
K=

c(CO)×c(H2)3

c(CH4)×c(H2O)

=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4 mol²?L^-2；
故答案為：2.25×10^-4 mol²?L^-2；
（3）電池的正極發(fā)生還原反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，應寫為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評：本題考查蓋斯定律，圖象分析以及三段式計算的應用等，考查范圍廣，難度中等．