Question

2．甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有着广泛的应用．
工业上一般采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
下表所列数据是以上反应在不同温度下的化学平衡常数的数值：

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

（1）Ⅰ、在一密闭容器中发生反应并达到平衡后，保持其他条件不变，对容器升温，此反应的化学反应平衡应逆向移动（填“正向”、“逆向”、“不”）
Ⅱ、某温度下，将1mol CO和4mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c（CO）=0.1mol/L，则CO的转化率为80%，此时的温度＞250℃（填“＞”、“＜”、“=”）
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-Q₁kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-Q₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-Q₃ kJ/mol
请写出甲醇发生不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学反应方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-（0.5Q₁-0.5Q₂-2Q₃）kJ/mol
（3）某同学依据甲醇燃烧的反应原理，设计如右图所示的电池装置，工作一段时间后，测得溶液的pH将降低（填“升高”、“降低”、“不变”），该燃料电池负极反应的离子方程式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）I．由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
Ⅱ．将1molCO和4molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡状态后，测得c（CO）=0.1mol/mol，则：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始量（mol/L）：0.5    2        0
变化量（mol/L）：0.4    0.8      0.4
平衡量（mol/L）：0.1    1.2      0.4
CO的转化率=$\frac{CO浓度变化量}{CO起始浓度}$×100%；
根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数，判断温度；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-Q₁kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-Q₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-Q₃ kJ/mol
根据盖斯定律，（①-②-③×4）×$\frac{1}{2}$可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）；
（3）原电池工作本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水，生成的二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾，溶液碱性减弱，负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水．

解答 解：（1）I．由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，
故答案为：逆向；
Ⅱ．将1molCO和4molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡状态后，测得c（CO）=0.1mol/mol，则：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始量（mol/L）：0.5  2        0
变化量（mol/L）：0.4  0.8      0.4
平衡量（mol/L）：0.1  1.2      0.4
CO的转化率=$\frac{0.4mol/L}{0.5mol/L}$×100%=805；
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.4}{0.1×1．{2}^{2}}$=2.78＞2.041，此时的温度＞250℃，
故答案为：80%；＞；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-Q₁kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-Q₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-Q₃ kJ/mol
根据盖斯定律，（①-②-③×4）×$\frac{1}{2}$可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g），则△H=-（0.5Q₁-0.5Q₂-2Q₃）kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-（0.5Q₁-0.5Q₂-2Q₃）kJ/mol；
（3）原电池工作本质是甲醇燃烧生成二氧化碳与水，生成的二氧化碳与KOH反应生成碳酸钾，溶液碱性减弱，测得溶液的pH将减低，负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：降低；CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

点评 本题考查较化学平衡计算、平衡常数的计算和应用、盖斯定律以及电化学知识，难度中等，注意掌握平衡常数的应用．