Question

12．甲醇又稱(chēng)“木精”，是非常重要的化工原料．
（1）CO和H₂在高溫、高壓、催化劑條件下反應(yīng)可制備甲醇．根據(jù)下表中相關(guān)化學(xué)鍵鍵能（鍵能是斷裂1mol化學(xué)鍵時(shí)需要吸收的能量，或形成1mol化學(xué)鍵時(shí)釋放的能量）數(shù)據(jù)，寫(xiě)出CO（CO分子中含有C=O）和H₂反應(yīng)生成甲醇的熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-105kJ•mol^-1．

化學(xué)鍵	H-H	O-H	C-H	C-O	C=O
鍵能/KJ•mol-1	436	463	413	351	1076

（2）甲醇脫氫可制取甲醛CH₃OH（g）$\stackrel{脫氫}{?}$HCHO（g）+H₂（g），甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線(xiàn)如圖1所示．

①該脫氫反應(yīng)的△H＞0（填“＞”、“＜”或“=”）
②600K時(shí)，Y點(diǎn)甲醇的V（正）＜V（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），判斷依據(jù)是600K時(shí)Y點(diǎn)甲醇轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行即：υ（正）＜υ（逆）
③下列敘述不能說(shuō)明該脫氫反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是AD．
A．c（CH₃OH）=c（HCHO）    B．HCHO的體積分?jǐn)?shù)保持不變
C．V正（CH₃OH）=V逆（HCHO）   D．混合氣體平均分子量保持不變
（3）一定條件下，甲醇與一氧化碳反應(yīng)可以合成乙酸．已知：常溫下，弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)：K_a（CH₃COOH）=1.8×10^-5；K_a（HSCN）=0.13．
常溫下，將20mL0.10mol•L^-1CH₃COOH溶液和20mL0.10mol•L^-1HSCN溶液分別與20mL0.10mol•L^-1NaHCO₃溶液混合，實(shí)驗(yàn)測(cè)得產(chǎn)生CO₂氣體體積V隨時(shí)間t變化的示意圖如圖2所示：
①反應(yīng)初始階段，兩種溶液產(chǎn)生CO₂氣體的速率存在明顯差異的原因是HSCN的酸性比CH₃COOH強(qiáng)，其溶液中c（H⁺）較大，故其溶液與NaHCO₃溶液的反應(yīng)速率快，反應(yīng)結(jié)束后所得兩溶液中，C（CH₃COO^-）＜ c（SCN^-）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②常溫條件下，將amol•L^-1的CH₃COOH與bmol•L^-1Ba（OH）₂溶液等體積混合，反應(yīng)平衡時(shí)，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-），用含a和b的代數(shù)式表示該混合溶液中醋酸的電離常數(shù)為$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol．
（4）甲醇燃料電池可能成為未來(lái)便攜電子產(chǎn)品應(yīng)用的主流．某種甲醇燃料電池工作原理如圖3所示，則通入a氣體電極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，故△H=1076kJ•mol^-1+2×436kJ•mol^-1-（3×413+351+463）kJ•mol^-1=-105kJ•mol^-1，故熱化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-105kJ•mol^-1，據(jù)此進(jìn)行分析；
（2）①升高溫度，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率升高，故向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故正反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，△H＞0，據(jù)此進(jìn)行分析；
②600K時(shí)Y點(diǎn)甲醇轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率；
③當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，以此進(jìn)行判斷；
（3）①根據(jù)酸的電離平衡常數(shù)來(lái)分析酸性的強(qiáng)弱，然后分析酸與鹽反應(yīng)的速率；再利用鹽類(lèi)水解的規(guī)律來(lái)分析離子濃度的關(guān)系；
②溶液等體積混合溶質(zhì)濃度減少一半，醋酸電離平衡常數(shù)與濃度無(wú)關(guān)，結(jié)合概念計(jì)算；
（4）根據(jù)題給裝置知本題考查酸性甲醇燃料電池，根據(jù)外電路電子流向判斷左側(cè)電極為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，故△H=1076kJ•mol^-1+2×436kJ•mol^-1-（3×413+351+463）kJ•mol^-1=-105kJ•mol^-1，故熱化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-105kJ•mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-105kJ•mol^-1；
（2）①升高溫度，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率升高，故向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故正反應(yīng)方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，△H＞0，
故答案為：＞；
②600K時(shí)Y點(diǎn)甲醇轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行即：υ（正）＜υ（逆）；原因是600K時(shí)Y點(diǎn)甲醇轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行即：υ（正）＜υ（逆），
故答案為：＜；600K時(shí)Y點(diǎn)甲醇轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行即：υ（正）＜υ（逆）；
③A．c（CH₃OH）=c（HCHO），不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A選；
B．HCHO的體積分?jǐn)?shù)保持不變，即HCHO的濃度保持不變，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B不選；
C．V正（CH₃OH）=V逆（HCHO），正逆反應(yīng)速率相等，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C不選；
D．根據(jù)質(zhì)量守恒定律，及反應(yīng)前后氣體體積不變，故混合氣體平均分子量保持不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D選，
故答案為：AD；
（3）①由K_a（CH₃COOH）=1.8×10^-5和K_a（HSCN）=0.13可知，CH₃COOH的酸性弱于HSCN的，即在相同濃度的情況下HSCN溶液中H⁺的濃度大于CH₃COOH溶液中H⁺的濃度，濃度越大反應(yīng)速率越快；又酸越弱，反應(yīng)生成的相應(yīng)的鈉鹽越易水解，即c（CH₃COO^-）＜c（SCN^-），
故答案為：HSCN的酸性比CH₃COOH強(qiáng)，其溶液中c（H⁺）較大，故其溶液與NaHCO₃溶液的反應(yīng)速率快；＜；
②通常狀況下，將a mol/L的醋酸與b mol/L Ba（OH）₂溶液等體積混合，溶液中溶質(zhì)為醋酸鋇和氫氧化鋇，反應(yīng)平衡時(shí)，2c（Ba²⁺）=c（CH₃COO^-）=bmol/L，溶液中c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，醋酸電離平衡常數(shù)依據(jù)電離方程式寫(xiě)出K=$\frac{c（C{H}_{3}CO{O}^{-}）×c（{H}^{+}）}{c（C{H}_{3}COOH）}$=$\frac{b×1{0}^{-7}}{\frac{a}{2}-b}$=$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
故答案為：$\frac{2b}{a-2b}$×10^-7L/mol；
（4）根據(jù)題給裝置知本題考查酸性甲醇燃料電池，根據(jù)外電路電子流向判斷左側(cè)電極為電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，即甲醇被氧化為二氧化碳，結(jié)合碳元素的化合價(jià)變化確定失電子數(shù)目，根據(jù)原子守恒和電荷守恒配平，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)，化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算和影響條件的應(yīng)用，題目綜合性較大，本題題目難度中等．