Question

甲醇被称为21世纪的新型燃料，甲烷可制成合成气（CO、H₂），再制成甲醇，
代替日益供应紧张的燃油．
（1）已知：①CH₄（g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂（g）△H₁=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+

1

2

O₂（g）=CO（g）+2H₂（g）△H₂=-35.4kJ?mol^-1
③CH₄（g）+2H₂O （g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H₃=+165.0kJ?mol^-1
CH₄（g）与CO₂（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为

 

．
（2）合成气中的H₂可用于生产NH₃，在进入合成塔前常用Cu（NH₃）₂Ac溶液来吸收其中的CO，防止合成塔中的催化剂中毒，其反应是：
Cu（NH₃）₂Ac+CO+NH₃[Cu（NH₃）₃]Ac?CO△H＜0，Cu（NH₃）₂Ac溶液吸收CO的适宜生产条件应是

 

，该反应的△S

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）
（3）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反应B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0
①对于反应A，某温度下，将4mol CO₂和12mol H₂，充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c（CO₂）=0.5mol?L^-1，则该温度下该反应的平衡常数

 

②对于反应B，若容器容积不变，下列措施可提高CO的转化率是

 

A．降低温度                              B．增加CO的量
C．充入He，使体系总压强增大             D．再充入1mol CO和2mol H₂
（4）某种甲醇-空气燃料电池是采用铂作为电极，氢氧化钾作电解质溶液．其工作时负极的电极反应式可表示为

 

（5）用上述碱性甲醇-空气燃料电池电解硫酸钠溶液（均为铂电极），标准状况下阳极得到VL的气体，计算消耗甲醇的质量为

 

g．

Answer 1

分析：（1）根据盖斯定律结合热化学方程式的意义来回答即可；
（2）已知正反应是气体物质体积减小的放热反应，据此分析；
（3）①根据化学平衡三行式计算化学平衡常数；
②根据化学平衡移动原理，提高CO的转化率，即让化学平衡正向移动即可；
（4）燃料电池中，负极上发生失电子的氧化反应；
（5）根据电子守恒结合两极上的电极反应进行计算即可．

解答：解：（1）根据盖斯定律可知，①×2-③可得CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），所以其△H=[（+206.2）×2-（+165.0）]kJ?mol^-1=+247.4 kJ?mol^-1，所以CH₄（g）与CO₂（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H₃=+247.4 kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H₃=+247.4 kJ?mol^-1；
（2）已知正反应是气态物质体积减小的放热反应，因此熵变是小于零的，且采用降低温度、增大压强能使平衡右移，提高CO的转化率，故答案为：低温、高压；
低温、高压，＜；
（3）①将4mol CO₂和12mol H₂，充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c（CO₂）=0.5mol?L^-1，则该温度下该反应的平衡常数
         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始浓度：2        6          0        0
变化浓度：1.5     4.5        1.5      1.5
平衡浓度：0.5     1.5        1.5      1.5
化学平衡常数K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

1.5×1.5

0.5×1．53

=

1

3

（或者0.33）
 ②对于反应B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0，若容器容积不变，使化学平衡正向移动的措施可提高CO的转化率．
A．降低温度能使化学平衡正向移动，可提高CO的转化率，故a正确；
B．增加CO的量，使得CO的转化率减小，故b错误；
C．充入He，使体系总压强增大，但是各组分浓度不变，平衡不移动，故c错误；
D．再充入1mol CO和2molH₂，即相当于在增大压强，所以化学平衡正向移动，可提高CO的转化率，故d正确；
故选：a、d；
（4）甲醇-空气燃料电池中，负极上是燃料发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，电极反应为：CH₃OH-6e+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）碱性甲醇-空气燃料电池电解硫酸钠溶液（均为铂电极），标准状况下阳极得到的VL气体是氧气，根据电极反应式，设消耗甲醇的量是n，得出：
  2CH₃OH～12e^-～3O₂，
   2            3
   n           

V

22.4

2

n

=

3

V 22.4

，解得n=

V

33.6

mol，所以消耗甲醇的质量：m=

V

33.6

mol×32g/mol=0.95V，故答案为：0.95V．

点评：本题考查了运用盖斯定律计算焓变、热化学方程式的书写、评价物质合成方案、影响化学平衡的因素、燃料电池等重要考点，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．