Question

甲醇是一种可再生的优质燃料，用途广泛，研究其作用具有广阔前景。
（1）已知在常温常压下，测得反应的反应热如下：
① 2CH₃OH(l)+ 3O₂(g)  2CO₂(g) +4H₂O(g)  ?H₁= －1275．6 kJ/mol
② 2CO(g) +O₂(g)  2CO₂(g)   ?H₂=－566．0 kJ/mol
CH₃OH不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式是       。
（2）工业上生产甲醇的反应如下：CO₂(g) + 3H₂(g)  CH₃OH(g)+ H₂O(g)   ?H = －49 kJ/mol
在某温度下，容积均为1 L的A、B两个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容。容器B中经10 s后达到平衡。达到平衡时的有关数据如下表：

容器	A	B
反应物投入量	1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)	1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)
反应能量变化	放出αkJ热量	吸收19．6 kJ热量

 
①从反应开始至达到平衡时，容器B中CH₃OH的平均反应速率为       。
②该温度下，B容器中反应的化学平衡常数的数值为       。
③α＝       。
④下列措施能使容器A中甲醇的产率增大的是       。
a．升高温度                b．将水蒸气从体系分离
c．用更有效的催化剂        d．将容器的容积缩小一半
（3）我国科学院化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。

① 该电池工作时，b口通入的物质为       。
② 该电池正极的电极反应式为       。

Answer 1

（1）CH₃OH(l)＋ O₂(g)  CO (g) ＋2H₂O(g) ?H＝ －354．8 kJ/mol（2分）
（2）① 0．04 mol/L·S （2分）
② 1．92          （2分）
③ 29．4 kJ       （1分）
④ b d            （1分）
（3）① CH₃OH       （1分）
② O₂＋4e^-＋4H⁺  2H₂O（1分）

试题分析：（1）CH₃OH不完全燃烧生成CO和气态水的热化学方程式用（①-②）÷2即得，所以答案是CH₃OH(l)＋ O₂(g)  CO (g) ＋2H₂O(g) ?H＝ －354．8 kJ/mol；
（2）①达平衡时，B容器的热效应是吸收 19．6 kJ热量，即甲醇的物质的量减少19．6/49=0．4mol，浓度减少0．4mol/L，所以容器B中CH₃OH的平均反应速率为0．4mol/L/10s=0．04 mol/L·S
②B容器中平衡时c(CH₃OH)=1-0．4=0．6mol/L=c(H₂O)，c(CO₂)=0．4 mol/L ,c(H₂)=1．2 mol/L,所以B容器的化学平衡常数K= c(CO₂) c(H₂)³/ c(CH₃OH) c(H₂O)=1．92
③a容器的化学平衡常数是1/1．92,设平衡时甲醇的浓度为x，则1/1．92=x²/(1-x)(3-3x)³，解得x=0．6mol/L，所以α＝0．6mol/L×1L×49 kJ/mol =29．4 kJ
④a、升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率减少，错误；b、将水蒸气从体系分离，生成物浓度减小，平衡正向移动，甲醇产率增大，正确；c、使用催化剂对平衡无影响，错误；d、将容器的容积缩小一半，压强增大，平衡正向移动，甲醇产率增大，正确，答案选bd。
（3）原电池中阳离子移向正极，所以电池右侧为正极，氧气发生还原反应，电极反应式为O₂＋4e^-＋4H⁺  2H₂O，所以电池左侧为负极，b口应通CH₃OH。