Question

18．甲醇燃料分為甲醇汽油和甲醇柴油．工業(yè)上合成甲醇的方法很多．
（1）一定條件下發(fā)生反應：
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：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），其他條件不變，在300℃和500℃時，物質的量n（CH₃OH） 與反應時間t的變化曲線如圖所示．該反應的△H＜0 （填＞、＜或=）．
（3）若要提高甲醇的產(chǎn)率，可采取的措施有ABE（填字母）．
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小時后測得反應體系達到平衡狀態(tài)，此時CH₄的轉化率為50%，計算該溫度下上述反應的化學平衡常數(shù)6.75（結果保留小數(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，右圖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^-4 mol•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）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）在300℃到500℃時，物質的量n（CH₃OH）減小，平衡逆向移動；
（3）改變條件平衡正向移動，由此分析；
（4）依據(jù)化學平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數(shù)概念計算得到；
（5）①根據(jù)原電池原理，負極上甲醇失電子生成二氧化碳；
②根據(jù)電池中的能量轉化率分析；
（6）根據(jù)c（Ca²⁺）•c （C₂O₄^2-）和Ksp（4.0×10^-8）相對大小判斷，如果c（Ca²⁺）•c （C₂O₄^2-）=＜Ksp（4.0×10^-8），則無沉淀生成．

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
據(jù)蓋斯定律，①+$\frac{1}{2}$②-$\frac{1}{2}$③得：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△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，物質的量n（CH₃OH）減小，平衡逆向移動，逆反應是吸熱反應，正反應是放熱反應，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；
故選：ABE；
（4）CH₄和H₂O在催化劑表面發(fā)生反應CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃時，向1L密閉容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小時后測得反應體系達到平衡狀態(tài)，此時CH₄的轉化率為50%，
                          CH₄ +H₂O?CO+3H₂
起始物質的量濃度（mol•L^-1） 1.0    1.0         0       0
轉化物質的量濃度（mol•L^-1） 0.5    0.5        0.5     1.5
平衡物質的量濃度（mol•L^-1   0.5    0.5        0.5     1.5            
K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）•c（CO）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×0.5}$=6.75mol²/L²；
故答案為：6.75；
（5）①根據(jù)原電池原理，負極上甲醇失電子生成二氧化碳，電極反應為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，故答案為：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
②甲醇不完全被氧化，生成C或CO或者原電池中發(fā)生反應時化學能不去全部轉化為電能，即電池能量轉化率達不到100%，所以實際上消耗的甲醇的質量比理論上大，
故答案為：甲醇不完全被氧化，生成C或CO  或電池能量轉化率達不到100%；
（6）碳酸鈣溶液中鈣離子濃度=$\sqrt{2.5×1{0}^{-9}}$mol/L=5×10^-5mol/L，二者混合后，鈣離子濃度=2.5×10^-5mol/L，草酸鉀的濃度為4.0×10^-4 mol/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 本題考查了蓋斯定律、化學平衡的移動、化學平衡常數(shù)、電化學、難溶物的溶解平衡，明確溶度積常數(shù)的運用是解本題關鍵，難度中等．