Question

8．甲醇是一種可再生能源，用途廣泛，運用你學(xué)過的知識，回答下列有關(guān)甲醇的系列問題：
Ⅰ、與水一樣，甲醇也能微弱電離：2CH₅OH（l）?CH₃OH₂⁺+CH₃O^-，它也存在一個類似K_w的離子積K_m，且25℃時MK_m=2.0×10^-17．往一定量的甲醇中加入金屬鈉，則有關(guān)敘述不正確的是A
A．金屬鈉與甲醇反應(yīng)比金屬鈉與水反應(yīng)更強烈
B．結(jié)合H⁺的能力CH₃O^-＞OH^-
C．溫度不變，所得溶液中c（CH₃O^-）和c（CH₃OH₂⁺）的乘積為常數(shù)
D．所得溶液中c（Na⁺）+c（CH₃OH₂⁺）═c（CH₃O^-）
Ⅱ、已知在常溫下常壓下：
①2CH₃OH+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6KJ/mol
②CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0KJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0KJ/mol
請計算1mol甲醇不完全燃燒生成1mol一氧化碳和液態(tài)水放出的熱量為442.8KJ．
Ⅲ、某同學(xué)設(shè)計了一個酸性甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如圖1．

（1）寫出甲中通入甲醇一極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．
（2）圖2表示乙中陽極（選填“陰”或“陽”）產(chǎn)生氣體的體積與電解時間的關(guān)系．當(dāng)該極產(chǎn)生336mL氣體時，理論上甲中消耗O₂ 224mL（標況）．
Ⅳ、工業(yè)上常用兩種方法生產(chǎn)甲醇：
方法一：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0
（1）能說明該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的是B（填寫序號字母）．
A．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1
B．恒溫恒容，氣體總壓強保持不變
C．H₂的消耗速率與CH₃OH的生成速率之比為2：1
D．恒溫恒容，混合氣體的密度保持不變
（2）下列措施能使容器中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大的是C．
A．升高溫度
B．將CH₃OH從容器中分離出去一部分
C．體積不變，充入氫氣
D．選用更有效的催化劑
E．體積不變，充入氦氣，使體系壓強增大
方法二：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0KJ/mol
某溫度下，在容積均為1L的A、B兩個容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫恒容，達到平衡時的能量變化數(shù)據(jù)如表：

容器	A	B
反應(yīng)物投入量	1molCO2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH（g）和1molH2O（g）
反應(yīng)能量變化	放出29.4KJ	吸收aKJ

（1）A容器中的反應(yīng)經(jīng)10秒達到平衡，從反應(yīng)開始至達到平衡，A中用H₂表示平均反應(yīng)速率為0.18 mol/（L•s）．
（2）a=19.6；B容器中反應(yīng)達到平衡時，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率是40%．
（3）平衡后保持溫度和體積不變，將A、B中的物質(zhì)合并在A容器中，再次平衡時CH₃OH的物質(zhì)的量大于1.2mol．（選填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 Ⅰ、A．電離出來的氫離子濃度越大，與鈉反應(yīng)速率越大；
B．越難電離，則離子越易與氫離子結(jié)合；
C．K_m=c（CH₃O^-）×c（CH₃OH₂⁺），只受溫度的影響；
D．根據(jù)電荷守恒分析；
Ⅱ、根據(jù)蓋斯定律，（①-②-③×4）÷2可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），△H；
Ⅲ、（1）在酸性條件下，甲醇失去電子后與水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子；
（2）電池通入甲醇的為負極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，陽極上先Cl^-在陽極放電生成氯氣，后OH^-放點O₂，陰極上先Cu²⁺放電生成Cu，后H⁺放電生成H₂，寫出電極反應(yīng)式，依據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相同進行計算；
Ⅳ、方法一：（1）A．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1，不能說明濃度不再變化；
B．恒溫恒容，氣體總壓強與氣體總的物質(zhì)的量成正比；
C．H₂的消耗速率與CH₃OH的生成速率之比為2：1，均表示正反應(yīng)速率；
D．根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$分析氣體的密度是否為變量；
（2）根據(jù)外界條件對化學(xué)平衡移動的影響進行判斷，注意條件的改變大于平衡移動的改變；
方法二：（1）先根據(jù)反應(yīng)中能量變化求出參加反應(yīng)的H₂的物質(zhì)的量，然后再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$求出H₂的平均反應(yīng)速率；
（2）恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值；B容器中反應(yīng)達到平衡時，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率與A容器中反應(yīng)達到平衡時CH₃OH的產(chǎn)率之和等于1；
（3）平衡后保持溫度和體積不變，將A、B中的物質(zhì)合并在A容器中，壓強增大，平衡正向移動．

解答 解：Ⅰ、A．電離出來的氫離子濃度越大，與鈉反應(yīng)速率越大，水的電離程度大于甲醇，則水中氫離子濃度大，所以鈉與水的反應(yīng)比鈉與甲醇反應(yīng)更劇烈，故A錯誤；
B．越難電離，則離子越易與氫離子結(jié)合，甲醇難電離，則結(jié)合H⁺的能力CH₃O^-＞OH^-，故B正確；
C．K_m為甲醇中離子濃度的乘積，只受溫度的影響，溫度不變，K_m不變，故C正確；
D．所得到溶液中存在電荷守恒，即c（Na⁺）+c（CH₃OH₂⁺）=c（CH₃O^-），故D正確；
故答案為：A；
Ⅱ、①2CH₃OH+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6KJ/mol；
②CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0KJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0KJ/mol；
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），△H=$\frac{1}{2}$[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8 kJ•mol^-1，
故答案為：442.8；
Ⅲ、（1）在酸性條件下，甲醇失去電子后與水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；
（2）陰極上先Cu²⁺放電生成Cu，后H⁺放電生成H₂，陽極上先Cl^-在陽極放電生成氯氣，后OH^-放點O₂，因此圖2表示乙中陽極產(chǎn)生氣體的體積與電解時間的關(guān)系；
t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--2e^-=Cl₂↑，產(chǎn)生224mlCl₂時，失去電子的物質(zhì)的量為$\frac{224×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$×2=2×10^-2 mol，
t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，產(chǎn)生112mlO₂時，失去電子的物質(zhì)的量為$\frac{112×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$×4=2×10^-2 mol，
總共失去4×10^-2 mol的電子，
正極：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，得到4×10^-2 mol的電子時，消耗氧氣的物質(zhì)的量為10^-2 mol，標況下的體積為224ml，
故答案為：陽；224；
Ⅳ、方法一：（1）A．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1，不能說明濃度不再變化，故A錯誤；
B．恒溫恒容，氣體總壓強與氣體總的物質(zhì)的量成正比，該反應(yīng)中氣體不是等物質(zhì)的量的反應(yīng)，所以氣體總壓強不變，說明達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故B正確；
C．H₂的消耗速率與CH₃OH的生成速率之比為2：1，均表示正反應(yīng)速率，不能說明正、逆反應(yīng)速率相等，故C錯誤；
D．根據(jù)$ρ=\frac{m}{V}$，氣體的總質(zhì)量m不變，為恒容容器V不變，所以氣體的密度是定值，因此不能說明達到化學(xué)平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：B；
（2）A．升高溫度，化學(xué)平衡逆向移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$減小，故A錯誤；
B．將CH₃OH從容器中分離出去一部分，化學(xué)平衡正向移動，但條件的改變大于平衡移動的改變，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$減小，故B錯誤；
C．體積不變，充入氫氣，化學(xué)平衡正向移動，n（CH₃OH）增大，c（CO）減小，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大，故C正確；
D．選用更有效的催化劑，化學(xué)平衡不移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$不變，故D錯誤；
E．體積不變，充入氦氣，使體系壓強增大，并沒有影響各組分的濃度，化學(xué)平衡不移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$不變，故E錯誤；
故答案為：C；
方法二：（1）3molH₂完全反應(yīng)放出49.0kJ熱量，當(dāng)放出29.4kJ熱量時，則參加反應(yīng)的n（H₂）=3mol×$\frac{29.4}{49.0}$=1.8mol，
v（H₂）=$\frac{1.8mol}{1L×10s}$=0.18 mol/（L•s），
故答案為：0.18 mol/（L•s）；
（2）恒溫恒容下，容器A與容器B為等效平衡，平衡時對應(yīng)組分的物質(zhì)的量、濃度相等，二者起始物質(zhì)的量等于各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)，放出熱量與吸收熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值，則吸收的熱量=反應(yīng)熱-放出的熱量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ；
A容器中反應(yīng)達到平衡時CH₃OH的產(chǎn)率為$\frac{29.4}{49.0}$×100%=60%，所以B容器中反應(yīng)達到平衡時，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為1-60%=40%，
故答案為：19.6；40；
（3）平衡后保持溫度和體積不變，將A、B中的物質(zhì)合并在A容器中，假設(shè)平衡不發(fā)生移動，此時CH₃OH的物質(zhì)的量是1.2mol，但是壓強增大，平衡正向移動，所以導(dǎo)致CH₃OH的物質(zhì)的量大于1.2mol，
故答案為：大于．

點評 本題考查了弱電解質(zhì)的電離、化學(xué)反應(yīng)速率的計算和化學(xué)平衡原理的應(yīng)用、電化學(xué)原理的應(yīng)用等知識點，為高頻考點，難度較大，學(xué)習(xí)中要加強化學(xué)原理的理解和計算能力的培養(yǎng)．