Question

甲醇合成反應(yīng)及其能量變化如圖a所示：

（1）寫出合成甲醇的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）實(shí)驗(yàn)室在1L的密閉容器中進(jìn)行模擬合成實(shí)驗(yàn)．將1mol CO和2mol H₂通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應(yīng)，每隔一段時(shí)間測得容器內(nèi)CH₃OH的濃度如下表所示：

時(shí)間濃度（mol/L）溫度	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，H₂的平均反應(yīng)速率為v（H₂）=

 

．
（3）在500℃達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)K=

 

．
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達(dá)到平衡，測得容器中壓強(qiáng)為起始?jí)簭?qiáng)的一半．計(jì)算該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（5）銅基催化劑具有活性高、選擇性好和條件溫和的特點(diǎn)，已廣泛地使用于CO/CO₂的加氫合成甲醇．使用銅基催化劑后，該反應(yīng)中a的大小變化對(duì)反應(yīng)熱△H有無影響，

 

．
（6）2009年，長春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)上獲得新突破，原理如圖b所示．請(qǐng)寫出從C口通入O₂發(fā)生的電極反應(yīng)式

 

．
（7）用上述電池做電源，用圖c裝置電解飽和食鹽水（C₁、C₂均為石墨電極）．
①該反應(yīng)的離子方程式

 

．
②電解開始后在電極

 

的周圍（填“C₁”或“C₂”）先出現(xiàn)紅色．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池

專題：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）依據(jù)圖象分析，反應(yīng)物的能量高于生成物，反應(yīng)是放熱，反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的熱量計(jì)算得到，依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法寫出；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念計(jì)算，化學(xué)反應(yīng)速率等于單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化計(jì)算得到，計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率，依據(jù)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比；
（3）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算；
（5）催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡；
（6）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（7）①電解飽和食鹽水時(shí)，反應(yīng)物為氯化鈉和水，生成物為氫氧化鈉、氫氣和氯氣，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
②電解過程中，陽極氯離子失去生成氯氣，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時(shí)產(chǎn)生氫氧根離子．

解答： 解：（1）圖象分析，反應(yīng)物的能量高于生成物，反應(yīng)是放熱，反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的熱量計(jì)算得到，反應(yīng)的焓變△H=（a-b）KJ/mol，a＜b，所以△H=-（b-a）KJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
（2）在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，甲醇的反應(yīng)速率=

0.40mol/L

10min

=0.04mol/（L?min），H₂的平均反應(yīng)速率為v（H₂）=2V（CH₃OH）=0.08mol/（L?min）；
故答案為：0.08mol/（L?min）；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，500°C反應(yīng)進(jìn)行到40min反應(yīng)達(dá)到平衡；
                   CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     1      2       0
變化量（mol/L）     0.8    1.6     0.8
平衡量（mol/L）    0.2     0.4    0.8
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.8mol/L

0.2mol/L(0.4mol/L)2

=25（L/mol）²；
故答案為：25；
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達(dá)到平衡，測得容器中壓強(qiáng)為起始?jí)簭?qiáng)的一半，依據(jù)化學(xué)三段式計(jì)算，設(shè)反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量為x，則得到：
               CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1.2   2.0       0
變化量（mol/L） 0.5x   x       0.5x
平衡量（mol/L）1.2-0.5x 2.0-x   0.5x
壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，（1.2-0.5x）+（ 2.0-x）+0.5x=

1.2+2.0

2

，解得x=1.6mol；
該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率為=

1.6mol

2.0mol

×100%=80%；
故答案為：80%；
（5）反應(yīng)中的a是反應(yīng)的活化能，影響因素是催化劑，催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，所以對(duì)反應(yīng)熱的影響無關(guān)；
故答案為：無影響；
（6）原電池正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，該原電池中正極氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（7）①電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；    
②電解反應(yīng)中，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時(shí)產(chǎn)生了氫氧根離子，所以在陰極C₂ （連接電源負(fù)極的電極）先變紅，
故答案為：C₂．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的焓變計(jì)算，圖象分析，化學(xué)平衡計(jì)算方法，平衡常數(shù)的概念應(yīng)用以及電化學(xué)知識(shí)，題目難度中等．