Question

甲醇是一種優(yōu)質(zhì)的液體燃料，CO和CO₂均可用于合成甲醇．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
（1）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂ 2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
則　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）　的△H=

 

．

（2）由CO合成甲醇時(shí)，CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．該反應(yīng)△H

 

0（填“＞”或“＜”）．實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是

 

．
（3）一定溫度下，向2L密閉容器中加入1mol CH₃OH （g），發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），H₂物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖2所示．0～2min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

 

．該溫度下，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

 

．相同溫度下，若開始加入CH₃OH（g）的物質(zhì)的量是原來的2倍，則

 

是原來的2倍．
a．平衡常數(shù)   b．CH₃OH的平衡濃度   c．達(dá)到平衡的時(shí)間  d．平衡時(shí)氣體的密度
（4）以CH₃OH為燃料（以KOH溶液作電解質(zhì)溶液）可制成CH₃OH燃料電池．
①充入CH₃OH的電極為

 

極；
②負(fù)極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：常規(guī)題型,化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）有關(guān)蓋斯定律的習(xí)題，首先要根據(jù)所求的反應(yīng)分析，分析以下幾點(diǎn)：
1、所求反應(yīng)中的反應(yīng)物在哪個(gè)反應(yīng)了？是反應(yīng)物還是生成物？
2、所給反應(yīng)中哪些物質(zhì)是所求反應(yīng)中沒有的？
3、如何才能去掉無用的？然后，通過相互加減，去掉無關(guān)物質(zhì)．
（2）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時(shí)平衡向逆向移動；
（3）求化學(xué)反應(yīng)速率習(xí)題，就是知二求一類型，知道△v和△t求速率．化學(xué)平衡常數(shù)是考試的熱點(diǎn)，應(yīng)注意，概念明確、計(jì)算準(zhǔn)確、單位正確．
 （4）電極反應(yīng)式的書寫：特別是燃料電池，先寫出電池反應(yīng)，就是燃料燃燒的方程式去掉反應(yīng)條件．如果燃料含碳，注意生成的CO₂會和堿溶液反應(yīng)CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，兩方程式相加去掉CO₂，可得總方程式．再寫正極反應(yīng)式：一定是氧氣反應(yīng)，一般考慮兩步：一、若為水溶液時(shí)，考慮電解質(zhì)溶液的酸堿性酸性：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，堿性：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-二、熔融鹽作電解質(zhì)溶液，具體情況具體分析．用電池反應(yīng)方程式減去正極的電極反應(yīng)方程式就是負(fù)極的．

解答： 解：（1）根據(jù)上述分析，所求反應(yīng)　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），沒有了CO₂、O₂、H₂O，設(shè)法將其去掉就行．
將反應(yīng)二2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂ 除以2與反應(yīng)一CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁相加，約掉相同的，得到：CO（g）+

1

2

 O₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），去掉了 CO₂，
再去掉 O₂ 和 H₂O，
將反應(yīng)三2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃除以2后，將反應(yīng)物與生成物互換，即是其逆反應(yīng)，H₂O（g）═H₂（g）+

1

2

O₂（g）-

1

2

△H₃與上面得到的方程式相加，就得到所求的方程式，代入所對應(yīng)△H．
故答案為：（1）△H₁+

1

2

△H₂-

1

2

△H₃；
  （2）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)0.5處，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時(shí)平衡向逆向移動．
第二問：工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟(jì)效益，要考慮速度和效率，壓強(qiáng)越大需要的條件越高，花費(fèi)越大．
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失；
（3）據(jù)圖象可求出H₂的化學(xué)反應(yīng)速率，再據(jù)化學(xué)反應(yīng)中用各物質(zhì)表示的速率之比等于系數(shù)之比，可求得第一問．據(jù)三段式法求得平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，
                  CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反應(yīng)前濃度（mol/L ）0.5        0       0
反應(yīng)的濃度（mol/L ）0.25      0.25    0.5
反應(yīng)的濃度（mol/L ）0.25      0.25    0.5
代入公式K=

0.5×0.5×0.25

0.25

=0.25，求得該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0.25（mol?L）²．所求反應(yīng)的K，是該反應(yīng)的逆反應(yīng)，所以系數(shù)是其倒數(shù)．
體積不變的容器中，反應(yīng)物與生成物全是氣體，質(zhì)量加倍，故密度加倍，
故答案為：0.125mol?L^-1?min^-1； 4 L²?mol^-2； d；
（4）據(jù)上述分析，寫出電池反應(yīng)方程式，
2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O
其中CO₂能和電解質(zhì)溶液反應(yīng)，CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O
為約掉CO₂，將CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O乘以2，得2CO₂+4OH^-=2CO₃^2-+2H₂O
與2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O 相加得到總電池反應(yīng)方程式2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O
正極反應(yīng)方程式，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^- 用電池反應(yīng)方程式減去正極，得到負(fù)極．
故答案為：①負(fù)；
 ②CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評：本題是一道很好的綜合試題，適合當(dāng)前的高考思路，綜合性強(qiáng)．同時(shí)考查了學(xué)生的識圖能力．這是學(xué)生必備的能力．