Question

9．甲醇是一种优质燃料，在工业上常用CO和H₂合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
已知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol
回答下列问题：
（1）计算CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反应热△H₄=-574.4KJ/mol．
（2）若在绝热、恒容的密闭容器中充入1mol CO、2mol H₂，发生CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反应，下列示意图（a-d）正确且能说明反应在进行到t₁时刻为平衡状态的是d（填选项字母）．

（3）T₁℃时，在一个体积为5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H₂，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.8，则5min内用H₂表示的反应速率为v（H₂）=0.064mol/（L•min）．T₁℃时，在另一体积不变的密闭容器中也充入1mol CO、2mol H₂，达到平衡时CO的转化率为0.7，则该容器的体积＞5L（填“＞”“＜”或“=”）；T₁℃时，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数K=625．
（4）在T₁℃时，在体积为5L的恒容容器中充入一定量的H₂和CO，反应达到平衡时CH₃OH的体积分数与n（H₂）/n（CO）的关系如图e所示．温度不变，当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2.5时，达到平衡状态，CH₃OH的体积分数可能是图象中的F点．
（5）为了提高燃料的利用率可以将甲醇设计为燃料电池，写出KOH作电解质溶液时，甲醇燃料电池的负极反应式：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O．该电池负极与水库的铁闸相连时，可以保护铁闸不被腐蚀，这种电化学保护方法叫做外加电源的阴极保护法．
（6）含有甲醇的废水随意排放会造成水污染，可用ClO₂将其氧化为CO₂，然后再加碱中和即可．写出处理甲醇酸性废水过程中，ClO₂与甲醇反应的离子方程式：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）结合热化学方程式和盖斯定律计算，计算①+②×2-③得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的热化学方程式；
（2）a、图1表示t1时刻如果达平衡，正反应速率不变；
b、平衡常数不变，说明体系的温度不变，而在绝热的体系中；
c、一氧化碳与甲醇的物质的量相等；
d、一氧化碳的质量分数不变，说明各物质的质量不变，反应达平衡状态；
（3）结合化学三行计算列式计算，反应速率为v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$，气体物质的量之比等于气体体积之比，平衡常数随温度变化，K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（4）当容器中各物质的物质的量之比等于化学方程式计量数之比时，达到平衡状态时生成物的体积分数最大，所以当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$小于2，平衡时甲醇的体积分数逐渐增大，当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$大于2，平衡时甲醇体积分数减小；
（5）燃料原电池中，燃料失电子发生氧化反应为负极，通入氧气得到电子发生还原反应为正极，电解池中阴极被保护；
（6）根据信息：二氧化氯和甲醇反应，生成Cl^-、CO₂和水₂，配平方程式即可；

解答 解：（1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol
盖斯定律计算①+②×2-③，得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₄=-574.4KJ/mol，
故答案为：-574.4KJ/mol；
（2）a、图1表示t1时刻如果达平衡，正反应速率不变，而不是随时间间改变而减小，故a错误；
b、充入1molCO、2molH₂，生成生成物甲醇，放出热量，反应体系的温度升高，K减小，而不是增大，故b错误；
c、一氧化碳与甲醇的物质的量相等，而不是平衡状态，故c错误；
d、随着反应的进行，一氧化碳的质量减小，一氧化碳的质量分数不变，说明各物质的质量不变，反应达平衡状态，故d正确；
故选d，
故答案为：d；
（3）T₁℃时，在一个体积为5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H₂，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.8，化学三行计算列式得到，
                              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     0.2           0.4                 0
变化量（mol/L）    0.16         0.32              0.16
平衡量（mol/L）   0.04          0.08              0.16
则5min内用H₂表示的反应速率为v（H₂）=$\frac{0.32mol/L}{5min}$=0.064mol/（L•min），
温度不变，T₁℃时，在另一体积不变的密闭容器中也充入1mol CO、2mol H₂，达到平衡时CO的转化率为0.7，转化率减小说明平衡左移，体积增大，T₁℃时，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数K=$\frac{0.16}{0.04×0.0{8}^{2}}$=625，
故答案为：0.064mol/（L•min）；＞；625；
（4）当容器中各物质的物质的量之比等于化学方程式计量数之比时，达到平衡状态时生成物的体积分数最大，所以当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$小于2，平衡时甲醇的体积分数逐渐增大，当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$大于2，平衡时甲醇体积分数减小，所以C点对应的甲醇的体积分数最大，当$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2.5时，平衡时甲醇体积分数会降低，应选F点，
故答案为：F；
（5）燃料原电池中，甲醇失电子发生氧化反应，所以通入燃料甲醇的电极为负极，电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，该电池负极与水库的铁闸相连时，可以保护铁闸不被腐蚀，是利用铁闸做电解池阴极被保护，名称为：外加电源的阴极保护法，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；外加电源的阴极保护法；
（6）根据信息：二氧化氯和甲醇反应，生成Cl^-、CO₂和水₂，所以反应方程式为：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O，
故答案为：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O；

点评 本题考查盖斯定律的应用、化学平衡影响因素分析、原电池和电解原理的分析应用等，比较综合，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和对基础知识的综合应用能力．