Question

(16分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H₂反应生产CH₃OH，并开发出甲醇燃料电池。
（1）已知：CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)     △H＝－283.0 kJ·mol^-1
2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)   △H＝－1453.0 kJ·mol^-1
则CH₃OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H₂O(l)的热化学方程式为                    。
（2）工业上常利用反应CO(g)＋2H₂(g)≒CH₃OH(g)  △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。

图11

230℃的实验结果所对应的曲线是      （填字母）；该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H₂):n(CO) 的比值范围是        （填字母）。

A．1～1.5        B．2.5～3      C．3.5～4.5
（3）制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：H₂O(g)+CO(g)H₂(g)+CO₂(g) △H＜0，某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题：
①该温度下，若起始时c(CO)="1" mol·L^-1，c(H₂O)="2" mol·L^-1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.5 mol·L^-1，则此时该反应v(正)       v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。
②若降低温度，该反应的K值将       （填“增大”、“减     小”或“不变”）。
（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^－向     极移动（填“a”或“b”）。
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池负极反应式为                        ，电池总反应的离子方程式为                    。

Answer 1

（1）CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l) △H =－443.5kJ·mol^-1
（2）X ；  B  （3）① >  ② 增大 
（4）① b   ② CH₃OH - 6e-+ 8OH^－=CO₃^2－ + 6H₂O
2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^－=2CO₃^2－ + 6H₂O

（1）考查盖斯定律的应用。根据反应①CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)和反应②2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)可知，②－①×2即得到2CH₃OH(l)+2O₂(g)=2CO(g)+4H₂O(l)，所以反应热是－1453.0kJ/mol＋283.0 kJ/mol×2＝－887 kJ/mol。
（2）因为反应是放热反应，所以温度越高，转化率越低。因此根据图像可判断曲线X表示的是230℃。同样根据图像可判断，n(H₂):n(CO) 的比值范围在2.5～3时，转化率最高，所以答案选B。
（3）①根据方程式可知当氢气浓度是0.5mol/L时，生成物CO₂的浓度也是0.5mol/L。消耗水蒸气和CO的浓度都是0.5mol/L，则剩余水蒸气和CO的浓度分别是0.5mol/L和1.5mol/L。此时＜1，所以反应向正反应方向移动，即正反应速率大于逆反应速率。
②正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大。
（4）原电池中负极失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。在该燃料电池中，正极通入氧气，负极通入甲醇，所以a是正极，b是负极。电解质是碱性溶液，所以负极电极反应式为CH₃OH - 6e-+ 8OH^－=CO₃^2－ + 6H₂O，电池总反应式为2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^－=2CO₃^2－ + 6H₂O。