Question

10．甲醇是一种重要的化工原料．
（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol．
（2）甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源，具有广泛的应用前景．其反应为：
CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=-72.0kJ/mol
①该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$．
②下列措施中能使平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小的是（双选）CD．
A．加入催化剂                   B．恒容充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂（g）从体系中分离          D．恒容再充入1molH₂O（g）
（3）甲醇可以氧化成甲酸，在常温下用0.1000mol/L NaOH溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L 甲酸溶液过程中，当混合液的pH=7时，所消耗的V（NaOH）＜
（填“＜”或“＞”或“=”） 20.00mL．
（4）利用甲醇燃烧设计为燃料电池，如图所示，则负极电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（5）合成甲醇的主要反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol原料气的加工过程中常常混有一些CO₂，为了研究温度及CO₂含量对该反应的影响，以CO₂、CO和H₂的混合气体为原料在一定条件下进行实验．实验数据见下表：

CO2%-CO%-H2% （体积分数）	0-30-70			2-28-70			4-26-70			8-22-70
反应温度/℃	225	235	250	225	235	250	225	235	250	225	235	250
生成CH3OH的碳转化率（%）	4.9	8.8	11.0	36.5	50.7	68.3	19.0	33.1	56.5	17.7	33.4	54.4

由表中数据可得出多个结论．
结论一：在一定条件下，反应温度越高，生成CH₃OH的碳转化率越高．
结论二：原料气含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳转化率，CO₂含量过高生成甲醇的碳转化率又降低．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律，①-②×4即可得到目标方程式，据此计算反应热即可；
（2）①依据平衡常数为生成物的浓度幂之积比反应物的浓度幂之积；
②为使甲醇与二氧化碳的物质的量比值增大，应使平衡向正反应方向移动，或增加甲醇的物质的量；
（3）NaOH和甲酸恰好反应时生成强碱弱酸盐，溶液呈碱性，若要呈中性，则甲酸过量；
（4）甲醇碱性燃料电池中，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，据此书写电极反应式；
（5）由表格分析得出结论：在一定条件下，反应温度越高，生成甲醇的碳转化率越高；原料气含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳转化率，CO₂含量过高生成甲醇的碳转化率又降低．

解答 解：（1）根据盖斯定律，将①-②×4可得：2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=（-1275.6kJ/mol）-（+44.0kJ/mol）×4=-1451.6kJ/mol，所以表示甲醇燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+3/2 O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+3/2 O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol；
（2）①CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=-72.0kJ/mol，该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$，故答案为：K=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$；
②CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g），反应是气体体积增大的反应；
A、加入催化剂，平衡向不发生移动，甲醇与二氧化碳的物质的量比值不变，故A错误；
B、恒容充入He（g），使体系压强增大，分压不变，对反应物质没有影响，平衡不移动，二者比值不变，故B错误；
C、将H₂（g）从体系中分离，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，二者比值变大，故C正确；
D、再充入1mol H₂O，平衡向正方向移动，甲醇浓度增大，二者比值增大，故D正确．
故答案为：CD；
（3）NaOH和甲酸恰好反应时生成强碱弱酸盐，溶液呈碱性，若要呈中性，则甲酸过，所以滴定到pH=7时，V（NaOH）＜20.00ml，故答案为：＜；
（4）甲醇碱性燃料电池中，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，故答案为：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-；
（5）由表格中原料气各组分含量不同时反应生成甲醇的碳转化率的数据可知：反应温度越高，生成甲醇的碳转化率越高；二氧化碳的体积分数为2%时生成甲醇的碳转化率最高，二氧化碳的体积分数为20%生成甲醇的碳转化率较低，不含二氧化碳时生成甲醇的碳转化率最低，因此原料气含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳转化率，CO₂含量过高生成甲烷的碳转化率又降低，故答案为：越高；原料气含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳转化率，CO₂含量过高生成甲烷的碳转化率又降低越高．

点评 本题考查学生有关化学平衡的有关知识，主要是表格中数据的收集、分析、处理能力要求颇高，难度较大．