Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。工業(yè)上一般采用下列反應(yīng)合成甲醇CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g) ΔH

（1）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)。

由表中數(shù)據(jù)判斷ΔH________0 (填“＞”、“＝”或“＜”)，化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=________；

（2）300℃時(shí)，在體積為2.0 L的密閉容器中通入2 mol CO和4 mol H2，經(jīng)過(guò)20 s達(dá)到平衡狀態(tài)，

①計(jì)算20 s內(nèi)CO的反應(yīng)速率為_(kāi)_______，此時(shí)容器中甲醇的體積分?jǐn)?shù)為_(kāi)________；

②若向上述平衡體系中同時(shí)加入1mol CO，2mol H2和1mol CH3OH氣體，平衡移動(dòng)情況是__________(填“向右”、“向左”或“不移動(dòng)”)，原因是________________________

（3）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)＋3O2 (g) = 2CO2 (g)＋4H2O(g) ΔH＝－1277.0kJ/mol

②2CO(g)+O2 (g) = 2CO2(g) ΔH＝－566.0kJ/mol

③H2O(g) =H2O(l) ΔH＝－44kJ/mol寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

__________________；

（4）甲醇、氧氣可制作燃料電池，寫(xiě)出以氫氧化鉀為電解質(zhì)甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)式_______________；如圖，電解KI溶液制碘，在粗試管中加入飽和的KI溶液，然后再加入苯，插入一根石墨電極和一根鐵電極，使用該燃料電池做電源，鐵電極與極___________（填正或負(fù)）相連接，通電一段時(shí)間后，斷開(kāi)電源，振蕩試管，上層溶液為_(kāi)______色，當(dāng)有 1.27g碘單質(zhì)生成時(shí),需要_______g CH3OH。

Answer 1

【答案】

（1）＜ ，

（2）①0.025mol/(L·s) 25% ； ②向右，此時(shí)濃度熵Qc==0.25

（3）-443.5kJmol-1

（4）CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，負(fù)，紫紅， 0.053

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)表格溫度越高，平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升溫平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H1＜0，化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式K=；

（2）① CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g) ΔH

起始濃度（mol/L） 1 2 0

變化濃度（mol/L） c 2c c

平衡濃度（mol/L） 1-c 2-2c c

此時(shí)平衡常數(shù)K=1=，解得：c=0.5mol/L；20 s內(nèi)CO的反應(yīng)速率為==0.025mol/(L·s)；此時(shí)容器中甲醇的體積分?jǐn)?shù)為×100%=25%；

②若向上述平衡體系中同時(shí)加入1mol CO，2mol H2和1mol CH3OH氣體，此時(shí)Qc==0.25＜K，此時(shí)平衡向右移動(dòng)；

（3）根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)（①-②+③×4）÷2得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以該反應(yīng)的△H=[（-1277.0kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-443.5kJmol-1；

（4）以氫氧化鉀為電解質(zhì)甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；I-的陽(yáng)極氧化為I2，故Fe不能做陽(yáng)極，只能做陰極，與電源負(fù)極相連；通電一段時(shí)間后，生成的碘單質(zhì)溶解在苯中，苯的密度比水小，在上層，為溶解碘的紫紅色溶液；當(dāng)有1.27g碘單質(zhì)生成時(shí)，轉(zhuǎn)移電子為0.01mol，需要的CH3OH質(zhì)量為×32g/mol=0.053g。