Question

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中数据判断△H₁

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为

 

，此时的温度为

 

（从上表中选择）．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-1451.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳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，设计如图所示的电池装置：
①该电池的能量转化形式为

 

．
②该电池正极的电极反应为

 

．
③工作一段时间后，测得溶液的pH减小，则该电池总反应的化学方程式为

 

．

Answer 1

分析：（1）①由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
③根据CO的平衡浓度计算平衡时CO的物质的量，进而计算参加反应的CO的物质的量，再根据转化率定义计算；列式三段式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
（2）根据热化学方程式和盖斯定律计算进行书写；
（3）①依据原电池原理分析能量变化为化学能转化为电能；
②燃料原电池中正极是氧气得到电子发生的还原反应；
③工作一段时间后，测得溶液的pH减小，依据装置图分析可知反应过程中消耗氢氧根离子，电池为碱性电池；

解答：解：（1）①由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，即△H₁＜0，
故答案为：＜；
③某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L；达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则参加反应的CO的物质的量=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，故CO转化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，依据化学平衡三段式列式计算得到平衡浓度：
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）    1      3           0
变化量（mol/L）   0.8    1.6         0.8
平衡量（mol/L）   0.2    1.4         0.8
K=

0.8

0.2×1．42

=2.041对照图表数据判断温度为250°C；
故答案为：80%；250°C；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4 H₂O（l），该反应的反应热△H=-1275.6kJ?mol^-1-（-566.0kJ?mol^-1）+4×（-44.0kJ/mol）=-887kJ?mol^-1
故该反应热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）①甲醇燃料电池是原电池反应能量是化学能转化为电能；
故答案为：化学能转化为电能；
②燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，负极上燃料失去电子发生氧化反应，所以电极反应式为C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，正极电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
③工作一段时间后，测得溶液的pH减小，则该电池总反应的化学方程式为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；

点评：本题考查化学平衡常数、化学平衡计算、热化学方程式书写、原电池等，掌握基础是关键，ξ难度中等．