Question

甲醇又稱“木醇”或“木精”，沸點64.7℃，是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體．甲醇有毒，誤飲5～10mL能雙目失明，大量飲用會導致死亡．甲醇是重要的化學工業(yè)基礎原料和液體燃料，可用于制造甲醛和農(nóng)藥，并常用作有機物的萃取劑和酒精的變性劑等．

（1）工業(yè)上可利用CO₂和H₂生產(chǎn)甲醇，方程式如下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O （g）△H=Q₁kJ?mol^-1
又查資料得知：①CH₃OH（l）+1/2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=Q₂kJ?mol^-1
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=Q₃kJ?mol^-1，則表示甲醇的燃燒熱的熱化學方程式為

 

．
（2）工業(yè)上可用CO和H₂O（g）來合成CO₂ 和H₂，再利用（1）中反應原理合成甲醇．某溫度下，將1molCO和1.5molH₂O充入10L固定密閉容器中進行化學反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，當反應進行到10min時達到平衡，此時測得H₂為0.6mol．回答下列問題：
①0～10min內(nèi)H₂O（g）的平均反應速率為

 

．
②若想加快正反應速率的同時提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采用的方法是

 

．
a．升高溫度                       
b．縮小容器的體積
c．增大H₂O （g）的濃度            
d．加入適當?shù)拇呋瘎?br />③若保持溫度容積不變再向其中充入1molCO和0.5molH₂O（g），重新達到化學平衡狀態(tài)時，此時平衡混合氣體中H₂的體積分數(shù)為

 

．
（3）甲醇燃料電池是符合綠色化學理念的新型燃料電池，下圖是以甲醇燃料電池（甲池）為電源的電解裝置．已知：A、B、C、D、E、F都是惰性電極，丙中為0.1mol/L CuSO₄溶液 （假設反應前后溶液體積不變），當向甲池通入氣體a和b時，D極附近呈紅色．回答下列問題：
①a物質(zhì)是

 

，A電極的電極反應式為

 

．
②乙裝置中的總化學反應方程式為

 

．
③當乙裝置中C電極收集到224mL（標況下）氣體時，丙中溶液的pH=

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,電解原理

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算分析得到所需熱化學方程式；
（2）①平均反應速率=

△c

△t

計算得到；
②若想加快正反應速率的同時提高CO的轉(zhuǎn)化率，依據(jù)化學反應影響因素和平衡移動原理分析選擇的條件；
③結(jié)合平衡常數(shù)概念，依據(jù)化學平衡三段式列式計算得到；
（3）甲為原電池，乙、丙為電解池，當向甲池通入氣體a和b時，D極附近呈紅色，說明D為電解池的陰極，C為電解池的陽極，b為正極，a為負極，E為陽極，F(xiàn)為陰極；
①a為甲醇電極商十點鐘發(fā)生氧化反生成碳酸鹽；
②乙中是電極飽和食鹽水；
③依據(jù)電極反應和電子守恒計算所得溶液的PH．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O （g）△H=Q₁kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=Q₂kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=Q₃kJ?mol^-1，依據(jù)蓋斯定律①×2+②×3+③×2得到：
表示甲醇的燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（2Q₁+3Q₂+2Q₃） kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（2Q₁+3Q₂+2Q₃） kJ?mol^-1；
（2）業(yè)上可用CO和H₂O（g）來合成CO₂ 和H₂，再利用（1）中反應原理合成甲醇．某溫度下，將1molCO和1.5molH₂O充入10L固定密閉容器中進行化學反應：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，當反應進行到10min時達到平衡，此時測得H₂為0.6mol，依據(jù)化學平衡三段式列式
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）  1       1.5      0        0
變化量（mol）  0.6     0.6      0.6      0.6
平衡量（mol） 0.4      0.9      0.6      0.6
故答案為：6×10^-3 mol?L^-1?min^-1；
①0～10min內(nèi)H₂O（g）的平均反應速率=

0.6mol 10L

10min

=0.006mol/L?min；
故答案為：0.006mol/L?min；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，反應是氣體體積不變的吸熱反應，若想加快正反應速率的同時提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采用的方法是；
a．升高溫度，反應速率增大，平衡正向進行，故a符合；                       
b．縮小容器的體積，壓強增大，平衡不變，速率增大，不能提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率，故B不符合；
c．增大H₂O （g）的濃度，反應速率增大，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故c符合；           
d．加入適當?shù)拇呋瘎�，改變反應速率，不改變化學平衡，一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變，故d不符合；
故答案為：ac；
③計算平衡常數(shù)，K=

0.6×0.6

0.4×0.9

=1
 若保持溫度容積不變再向其中充入1molCO和0.5molH₂O（g），設生成氫氣物質(zhì)的量為x           
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）    1+0.4  0.9+0.4      0.6   0.6
.6變化量（mol）  x       x            x     x
平衡量（mol） 1.4-x    1.4-x      0.6+x      0.6+x

(0.6+x)2

(1.4-x)2

=1
x=0.4mol
此時平衡混合氣體中H₂的體積分數(shù)=

0.6+0.4

1.4+1.4+0.6+0.6

×100%=25%
故答案為：25%；
（3）甲為原電池，乙、丙為電解池，當向甲池通入氣體a和b時，D極附近呈紅色，說明D為電解池的陰極，C為電解池的陽極，b為正極，a為負極，E為陽極，F(xiàn)為陰極；
①上述分析可知a物質(zhì)為甲醇，電極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②乙中是電極飽和食鹽水，生成氯氣和氫氣、氫氧化鈉溶液，反應的化學方程式為：2NaCl+2H₂O 

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
故答案為：2NaCl+2H₂O 

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
③當乙裝置中C電極收集到224mL（標況下）氣體時，生成氯氣物質(zhì)的量=

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電子轉(zhuǎn)移0.02mol，丙中電解硫酸銅的反應為：2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，電子轉(zhuǎn)移4mol，反應2mol硫酸銅，生成硫酸2mol，電子轉(zhuǎn)移0.02mol，生成硫酸0.01mol，氫離子濃度=0.02mol，c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，溶液的pH=1
故答案為：1；

點評：本題考查了化學平衡、反應速率的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)、反應速率的計算應用，原電池原理的理解應用和電解池中溶液PH的計算應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．