Question

1．甲醇（CH₃OH）是一种重要的化工原料，也是一种比较理想的燃料．甲醇在各个领域有着广泛的应用．
（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44.0kJ•mol^-1
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：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-266.8kJ•mol^-1 ．
（2）燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池．如图是一个化学过程的示意图：
2CH₃OH+3O₂+4KOH$?_{充电}^{放电}$ K₂CO₃+6H₂O
①A（石墨）电极的名称是阳极
②通入O₂的电极的电极反应式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
③乙池中反应的化学方程式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃
④当电路中通过0.01mol电子时，丙池溶液的pH=1（忽略电解过程中溶液体积的变化）．
（3）合成甲醇的主要反应是：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1．
①在恒温恒容条件下，充入一定量的H₂和CO，发生反应2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）．则该反应达到平衡状态的标志有bcd
a．混合气体的密度保持不变        b．混合气体的总压强保持不变
c．CO的质量分数保持不变         d．甲醇的浓度保持不变
e．v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）         f．v（CO）=v（CH₃OH）
②要提高反应2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）中CO的转化率，可以采取的措施是：df
a．升温    b．加入催化剂c．增加CO的浓度d．加入H₂ e．加入惰性气体     f．分离出甲醇
（4）生产甲醇的原料CO和H₂来源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图a．则T₁＜T₂（填“＜”“＞”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律，将已知反应（①-②-③×4）÷2得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），焓变进行相应的改变；
（2）甲池能自发的进行氧化还原反应，属于原电池，通入甲醇的电极为负极、通入氧气的电极为正极，则乙池、丙池是电解池，A、C属于阳极，B、D属于阴极，A电极反应式为氢氧根离子得电子生成氧气，B极反应式为Ag⁺+e^-=Ag、C极反应式为4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑、D极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu；
（3）①平衡状态时正逆反应速率相等，各组分的浓度保持不变；
②要提高CO的转化率，应使平衡向正反应方向移动；
（4）正反应为吸热反应，压强一定时，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，据此判断温度大小．

解答 解：（1）根据盖斯定律，将已知反应（①-②-③×4）÷2得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以该反应的△H=$\frac{1}{2}$[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）-（-44.0kJ/mol）×4]=-266.8kJ•mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-266.8kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-266.8kJ•mol^-1 ；
（2）①甲池能自发的进行氧化还原反应，属于燃料电池，为原电池，通入甲醇的电极为负极、通入氧气的电极为正极，乙为电解池，A连接原电池正极，则为阳极，
故答案为：阳极；
②碱性条件下，氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
③乙池为电解硝酸银溶液的电解池，生成Ag和氧气，电解方程式为4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，
故答案为：4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃；
④丙池中C极反应式为4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑、D极反应式为Cu²⁺+2e^-=Cu，当电路中通过0.01mol电子时，有0.01mol氢氧根离子反应，生成0.01mol氢离子，所以c（H⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，溶液的pH=1，故答案为：1；
（3）①a．容器体积不变，混合气体的质量不变，所以密度始终不变，混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
 b．该反应前后气体物质的量不同，恒容容器中混合气体的总压强保持不变，说明各组分浓度不变，反应达到平衡状态，故b正确；
c．CO的质量分数保持不变，说明反应达到平衡状态，故c正确； 
d．甲醇的浓度保持不变，说明反应达到平衡状态，故d正确； 
e．氢气以甲醇的化学计量数不同，v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH），不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡状态，故e错误；
f．v（CO）=v（CH₃OH），无法判断正逆反应速率相等，故f错误；
故答案为：bcd；
②要提高CO的转化率，应使平衡向正反应方向移动，
a．该反应放热，升温平衡逆向移动，故错误；
b．加入催化剂不影响平衡移动，故错误；
c．增加CO的浓度，CO的转化率降低，故错误；
d．加入H₂平衡正向移动，CO的转化率增大，故正确；
e．体积不变加入惰性气体，平衡不移动，故错误；
f．分离出甲醇平衡正向移动，CO的转化率增大，故正确；
故答案为：df；
（4）由图开始，压强一定时，温度T₂的转化率较大，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故温度T_l＜T₂，故答案为：＜．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡影响因素、化学平衡状态判断、盖斯定律、原电池和电解池原理等知识点，侧重考查学生分析判断及知识综合应用能力，会正确书写电极反应式，注意：只有反应前后改变的物理量才能作为化学平衡状态判断依据，题目难度不大．