Question

18．已知工業(yè)上在500℃時(shí)，利用CO和CO₂生產(chǎn)甲醇的熱化學(xué)方程式分別是：
2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol
（1）反應(yīng)H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.1 kJ/mol．
（2）若500℃時(shí)反應(yīng)H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）的平衡常數(shù)K=1.0．該條件下，在1L密閉容器中，當(dāng)加入等物質(zhì)的量的H₂和 CO₂進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，c（CO）與反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線X如圖1所示．

①當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到t₁時(shí)刻，容器內(nèi)c（CO₂）=4mol/L．
②當(dāng)容器內(nèi)c（CO₂）=5mol•L^-1時(shí)，該反應(yīng)v_正＞v_逆（填“＞、＜或=”）．
③當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到t₂時(shí)刻，若使反應(yīng)按曲線Y進(jìn)行，調(diào)控反應(yīng)條件的方法是升高溫度．
（3）微生物可使甲醇在酸性環(huán)境下與空氣中氧氣發(fā)生原電池反應(yīng)，反應(yīng)原理如圖2所示．
①反應(yīng)中陽(yáng)離子的運(yùn)動(dòng)方向是A到B．
②B極的反應(yīng)式是O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．
③A極可能產(chǎn)生的物質(zhì)是cd．
a．H₂   b．CH₄c．HCOOH d．CO₂．

Answer 1

分析 （1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol  ①
3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol   ②，利用②-①即可得出；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)K=1.0，利用三段法計(jì)算即可；
②依據(jù)①的計(jì)算判斷此時(shí)濃度下，平衡移動(dòng)方向；
③由X變到Y(jié)即增加CO的濃度，依據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)判斷即可；
（3）①甲醇原電池中甲醇在負(fù)極放電，據(jù)此判斷陽(yáng)離子的移動(dòng)方向；
②正極氧氣放電，在酸性環(huán)境中生成水，據(jù)此書(shū)寫(xiě)即可；
③A電極為負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價(jià)升高，據(jù)此判斷即可．

解答 解：（1）（1）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ/mol ①，3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O （g）△H=-49.0kJ/mol ②，②-①得：H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=-49.0kJ/mol-（-90.1kJ/mol）=+41.1 kJ/mol，故答案為：+41.1 kJ/mol；
（2）①由圖可知：t₁時(shí)刻，根據(jù)圖可靠在，平衡時(shí)容器內(nèi)c（CO）=3mol/L，即轉(zhuǎn)化生成的CO為3mol，那么有
          H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）
始（mol/L）x       x         0       0
轉(zhuǎn)         3       3         3       3
平         x-3     x-3       3       3
K=$\frac{3×3}{（x-3）•（x-3）}$=1，解x=6，6mol/L-2mol/L=4mol/L，故答案為：4mol/L；
②由（1）計(jì)算可知t₁時(shí)刻，容器內(nèi)c（CO₂）=2mol/L，此時(shí)仍未達(dá)到平衡，即v_正＞v_逆，故當(dāng)容器內(nèi)c（CO₂）=5mol•L^-1時(shí)，該反應(yīng)v_正＞v_逆，故答案為：＞；
③由（1）計(jì)算得知，反應(yīng)H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H=+41.1kJ/mol，即為吸熱反應(yīng)，要使得反應(yīng)按曲線Y進(jìn)行，即升高溫度即可，故答案為：升高溫度；
（3）①甲醇原電池中甲醇在負(fù)極放電，即A為原電池的負(fù)極，溶液中陽(yáng)離子由A移到B，故答案為：A至B；
②氧氣在正極放電，結(jié)合酸性溶液中的氫離子生成水，電極反應(yīng)方程式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
 ③甲醇中C元素的化合價(jià)為-2價(jià)，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，化合價(jià)升高，可以生成HCOOH（C的化合價(jià)為+2價(jià)），可以生成CO₂（C的化合價(jià)為+4價(jià)），故選cd．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查的是蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算以及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、原電池原理等，綜合性較強(qiáng)，有一定的難度，為常考題．