Question

甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來(lái)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）分析該反應(yīng)并回答下列問(wèn)題：
平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

．
（2）如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)．T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁

＞

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol-1
則，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1．
（4）2009年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為

CH₃OH

，
②該電池正極的電極反應(yīng)式為：

O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O

．
（5）以上述電池做電源，用圖3所示裝置，在實(shí)驗(yàn)室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)溶液逐漸變渾濁，原因是（用相關(guān)的電極反應(yīng)式和離子方程式表示）：

Al→Al³⁺+3e^-

，

Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式的書(shū)寫(xiě)方法回答；
（2）對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越��；
（3）根據(jù)蓋斯定律來(lái)計(jì)算反應(yīng)的焓變；
（4）在燃料電池中，負(fù)極是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；
（5）根據(jù)電解池的工作原理和雙水解原理知識(shí)來(lái)回答．

解答：解：（1）反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

，故答案為：

[CH3OH]

[CO][H2]2

；
（2）溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，所以T₂＞T₁，根據(jù)圖示可以看出：升高溫度，平衡向著逆向進(jìn)行，降低CO的轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡常數(shù)降低，即T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞K₂，故答案為：＞；
（3）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）與反應(yīng)①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1，將

1

2

（①-②+③×4）可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以反應(yīng)的焓變△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1，故答案為：

b-a-4c

2

；
（4）①根據(jù)裝置可以知道d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，b口通入的物質(zhì)為甲醇，故答案為：CH₃OH；
②d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，為正極，發(fā)生電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（5）在電解池中，金屬鋁為陽(yáng)極，發(fā)生電極反應(yīng)：Al→Al³⁺+3e^-，鋁離子會(huì)和碳酸氫根離子之間發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，即Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，溶液逐漸變渾濁，故答案為：Al→Al³⁺+3e^-；Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道考查學(xué)生有關(guān)電化學(xué)和熱化學(xué)知識(shí)的綜合題目，要求學(xué)生具有分析和解決問(wèn)題的能力，難度較大．