Question

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)Ⅰ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

，此時的溫度為

 

（從上表中選擇）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-1451.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

（3）某實驗小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計如圖所示的電池裝置：
①該電池的能量轉(zhuǎn)化形式為

 

．
②該電池正極的電極反應(yīng)為

 

．
③工作一段時間后，測得溶液的pH減小，則該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．

Answer 1

分析：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③根據(jù)CO的平衡濃度計算平衡時CO的物質(zhì)的量，進而計算參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計算；列式三段式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算進行書寫；
（3）①依據(jù)原電池原理分析能量變化為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
②燃料原電池中正極是氧氣得到電子發(fā)生的還原反應(yīng)；
③工作一段時間后，測得溶液的pH減小，依據(jù)裝置圖分析可知反應(yīng)過程中消耗氫氧根離子，電池為堿性電池；

解答：解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H₁＜0，
故答案為：＜；
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L；達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則參加反應(yīng)的CO的物質(zhì)的量=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，故CO轉(zhuǎn)化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算得到平衡濃度：
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）    1      3           0
變化量（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對照圖表數(shù)據(jù)判斷溫度為250°C；
故答案為：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
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-1275.6kJ?mol^-1-（-566.0kJ?mol^-1）+4×（-44.0kJ/mol）=-887kJ?mol^-1
故該反應(yīng)熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）①甲醇燃料電池是原電池反應(yīng)能量是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
故答案為：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
②燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極，負極上燃料失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以電極反應(yīng)式為C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，正極電極反應(yīng)為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
③工作一段時間后，測得溶液的pH減小，則該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；

點評：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)平衡計算、熱化學(xué)方程式書寫、原電池等，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，ξ難度中等．