Question

甲醇又稱“木醇”或“木精”，沸點(diǎn)64.7℃，是無(wú)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(huì)導(dǎo)致死亡．甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和液體燃料，可用于制造甲醛和農(nóng)藥，并常用作有機(jī)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(xué)方程式為

 

．
（2）工業(yè)上可用CO和H₂O（g）來(lái)合成CO₂ 和H₂，再利用（1）中反應(yīng)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得H₂為0.6mol．回答下列問(wèn)題：
①0～10min內(nèi)H₂O（g）的平均反應(yīng)速率為

 

．
②若想加快正反應(yīng)速率的同時(shí)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(dāng)?shù)拇呋瘎?br />③若保持溫度容積不變?cè)傧蚱渲谐淙?molCO和0.5molH₂O（g），重新達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，此時(shí)平衡混合氣體中H₂的體積分?jǐn)?shù)為

 

．
（3）甲醇燃料電池是符合綠色化學(xué)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(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變），當(dāng)向甲池通入氣體a和b時(shí)，D極附近呈紅色．回答下列問(wèn)題：
①a物質(zhì)是

 

，A電極的電極反應(yīng)式為

 

．
②乙裝置中的總化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

．
③當(dāng)乙裝置中C電極收集到224mL（標(biāo)況下）氣體時(shí)，丙中溶液的pH=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,電解原理

專題：

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

△c

△t

計(jì)算得到；
②若想加快正反應(yīng)速率的同時(shí)提高CO的轉(zhuǎn)化率，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)影響因素和平衡移動(dòng)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(xué)平衡三段式列式計(jì)算得到；
（3）甲為原電池，乙、丙為電解池，當(dāng)向甲池通入氣體a和b時(shí)，D極附近呈紅色，說(shuō)明D為電解池的陰極，C為電解池的陽(yáng)極，b為正極，a為負(fù)極，E為陽(yáng)極，F(xiàn)為陰極；
①a為甲醇電極商十點(diǎn)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(yīng)和電子守恒計(jì)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(xué)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(lái)合成CO₂ 和H₂，再利用（1）中反應(yīng)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(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得H₂為0.6mol，依據(jù)化學(xué)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(yīng)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(yīng)是氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，若想加快正反應(yīng)速率的同時(shí)提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采用的方法是；
a．升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行，故a符合；                       
b．縮小容器的體積，壓強(qiáng)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(yīng)速率增大，一氧化碳轉(zhuǎn)化率增大，故c符合；           
d．加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎�，改變反�?yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，一氧化碳轉(zhuǎn)化率不變，故d不符合；
故答案為：ac；
③計(jì)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?cè)傧蚱渲谐淙?molCO和0.5molH₂O（g），設(shè)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(shí)平衡混合氣體中H₂的體積分?jǐn)?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(dāng)向甲池通入氣體a和b時(shí)，D極附近呈紅色，說(shuō)明D為電解池的陰極，C為電解池的陽(yáng)極，b為正極，a為負(fù)極，E為陽(yáng)極，F(xiàn)為陰極；
①上述分析可知a物質(zhì)為甲醇，電極反應(yīng)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(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaCl+2H₂O 

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
故答案為：2NaCl+2H₂O 

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
③當(dāng)乙裝置中C電極收集到224mL（標(biāo)況下）氣體時(shí)，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(yīng)為：2CuSO₄+2H₂O

通電  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，電子轉(zhuǎn)移4mol，反應(yīng)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(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡、反應(yīng)速率的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率的計(jì)算應(yīng)用，原電池原理的理解應(yīng)用和電解池中溶液PH的計(jì)算應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．