Question

I．甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景．

（1）工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．该反应的平衡常数表达式为 K=

 

．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-ckJ?mol^-1
请写出该条件下由甲醇和氧气生成CO和液态水的热化学方程式

 

．
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如右图所示的电池装置．该电池负极的电极反应式为

 

．
II．工业上可以利用氟硅酸、碳酸氢铵制备冰晶石（Na₃AlF₆），其工艺如图1：
请回答下列问题：
（1）如图2反应①中生成的无色气体A是

 

，滤液①的溶质是

 

．
（2）经测定NH₄HCO₃溶液呈中性，请分析原因（用离子方程式和文字表述说明理由）

 

．
（3）温度和NH₄HCO₃浓度会影响反应①的速率．现设计如下实验方案探究温度和NH₄HCO₃浓度对反应①速率的影响．请在表格空白处填写适当的反应条件．

实验编号	实验目的	温度	c（NH4HCO3）
I	为以下实验作参照	60℃	c1
II	探究浓度对反应①速率的影响		c2
III	探究温度对反应①速率的影响	80℃

（4）图3是滤液①溶质的质量分数随温度变化的曲线图：请分析t₂℃时，滤液①中溶质的质量分数下降的原因是

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题,基本概念与基本理论

分析：Ⅰ、（1）根据平衡常数K=

所有生成物平衡浓度系数次幂的乘积

所有反应物平衡浓度系数次幂的乘积

来解答；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热越乘以相应的系数并进行相应的计算；
（3）甲醇燃料电池中燃料甲醇在负极失电子发生氧化反应，碱溶液中生成碳酸盐，结合电荷守恒书写电极反应；
Ⅱ、（1）碳酸氢钠能和氟硅酸反应生成二氧化碳气体、二氧化硅、氟化铵以及水，二氧化硅不溶于水，氟化铵易溶于水；
（2）NH₄⁺和HCO₃^-均水解，前者水解显酸性，后者水解显碱性；
（3）对比实验的关键是控制变量法，当温度一定时，变化浓度，当浓度一定时，变化温度；
（4）氟化铵的性质和氯化铵相似，不稳定，受热易分解．

解答： 解：Ⅰ、（1）反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c(H2)2

，故答案为

c(CH3OH)

c(CO)?c(H2)2

；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1，
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1，
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1，
根据盖斯定律可知，则

①-②+③×4

2

可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），则△H=

(-a)-(-b)+(-c)×4

2

kJ/mol=

b-a-4c

2

kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

b-a-4c

2

kJ/mol；
（3）甲醇燃料电池中燃料甲醇在负极失电子发生氧化反应，碱溶液中生成碳酸盐，负极电极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
Ⅱ、（1）碳酸氢钠能和氟硅酸反应生成二氧化碳气体、二氧化硅、氟化铵以及水，二氧化硅不溶于水，过滤后形成滤渣，氟化铵易溶于水，形成滤液，故答案为：CO₂；NH₄F；
（2）NH₄⁺和HCO₃^-均水解，前者水解显酸性，后者水解显碱性，二者水解程度相同，溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度相等，溶液呈中性，
故答案为：NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺、HCO₃^-+H₂OH₂CO₃+OH^-，NH₄⁺和HCO₃^-的水解程度基本相同；
（3）对比实验的关键是控制变量法，当温度一定时，通过变化浓度来分析浓度的影响，故Ⅰ和Ⅱ的温度相等，当浓度一定时，通过变化温度来分析温度的影响，故Ⅱ和Ⅲ温度不同，但浓度要相同，故答案为：60℃； c₁；
（4）氟化铵的性质和氯化铵相似，不稳定，受热易分解，故答案为：温度升高NH₄F会分解．

点评：本题考查学生有关盖斯定律和燃料电池电极反应的书写以及物质的生产和制取，要求学生熟记教材知识，学以致用．