Question

9．能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的能源物质之一．
（1）合成甲醇的反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；图1表示某次合成实验过程中甲醇的体积分数Φ（CH₃OH）与反应温度的关系曲线，则该反应的△H＜0．（填“＞、＜或=”下同）
（2）若在230℃时，平衡常数K=1．若其它条件不变，将温度升高到500℃时，达到平衡时，K＜1．
（3）在某温度下，向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H₂，达到平衡时CO的转化率为90%，此时容器内的压强为开始时的0.55倍．
（4）利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置：
①则该装置中b为负极．
②当铜片的质量变化为12.8g时，a极上消耗的O₂在标准状况下的体积为2.24L．
（5）低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，其中一种技术是将CO₂转化成有机物实现碳循环．如：
2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol
2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
则由乙烯水化制乙醇反应的热化学方为C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据温度对化学平衡的影响来判断反应的吸放热情况；
（2）对于放热反应，温度越高，平衡常数越小；
（3）根据化学反应前后压强之比等于物质的量之比来计算；
（4）①由图可知甲醇燃料电池是电源，氧气是氧化剂在正极发生还原反应，则另一电极为负极；
②根据电子守恒进行计算；
（5）根据盖斯定律来计算反应的焓变并书写热化学方程式．

解答 解：（1）根据图示信息，当达到化学平衡以后（甲醇含量的最高点），升高温度，甲醇的体积分数减小，说明平衡逆向移动，所以该反应是一个放热反应，
故答案为：＜；
（2）对于放热反应，升高温度，K减小，故答案为：＜；
（3）根据题意得到：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始物质的量（mol）  2.5      7.5        0 
变化的物质的量（mol） 2.25     4.5        2.25
平衡的物质的量 （mol）0.25      3          2.25
所以此时容器内的压强和开始时的比值为：$\frac{0.25+3+2.25}{2.5+7.5}$=0.55，
故答案为：0.55；
（4）①由图可知，甲醇燃料电池中通入氧气的为正极，b为电池的负极，
故答案为：负；②根据Cu电极反应：Cu=2e^-+Cu²⁺，当铜片的质量变化为12.8g时，转移电子是0.4mol，
a极上电极反应：O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-，转移电子是0.4mol时，消耗的O₂在标准状况下的体积为2.24L，
故答案为：2.24；
（5）①2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H₁=+1411.0kJ/mol
②2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H₂=+1366.8kJ/mol
根据盖斯定律反应C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）等于②-①，所以△H=△H₂-△H₁=-44.2 kJ/mol，
故答案为：C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2 kJ/mol．

点评 本题考查学生有关电化学、热化学以及化学平衡的有关计算等综合知识，可以根据教材知识来回答，难度较大．