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工作一段时间后，测得溶液的pH减小．请写出该电池的负极的电极反应式．

 

③用该电池电解（惰性电极）500mL某CuSO₄溶液，电解一段时间后，为使电解质溶液恢复到原状态，需要向溶液中加入9.8g Cu（OH）₂固体．则原CuSO₄溶液的物质的量浓度为

 

mol/L（假设电解前后溶液体积不变）．

Answer 1

考点：反应热和焓变,热化学方程式,化学电源新型电池

专题：基本概念与基本理论

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；
②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燃料原电池中负极是燃料失去电子发生的氧化反应，工作一段时间后，测得溶液的pH减小，据此书写电极反应式；
③加氢氧化铜可以恢复原状态，说明硫酸铜被电解完全，并电解了部分水，据铜离子守恒求算．

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：＜；
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；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℃；
故答案为：80%；250℃；
（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，工作一段时间后，测得溶液的pH减小，所以负极电极反应式为C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，故答案为：C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺；
③加氢氧化铜可以恢复原状态，说明硫酸铜被电解完全，并电解了部分水，n（Cu²⁺）=n[Cu（OH）₂]=

9.8g

98g?mol-1

=0.1mol，所以，c（CuSO₄）=

0.1mol

0.5L

=0.2mol/L，故答案为：0.2．

点评：本题考查了化学平衡常数的意义、转化率、盖斯定律、燃料电池、电极反应式书写，注重据此知识的考查，题目难度中等．