Question

3．煤的气化在煤化工业中占有重要地位，至今仍然是化学工业的重要组成部分．
（1）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．请写出CH₃OH（l）完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1．
（2）工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度/℃	250	300	350
K/L2•mol-2	2.041	0.270	0.012

①该反应的平衡常数的表达式是K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$，由表中数据判断△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）
②某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，4min达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，此时的温度为250℃，则反应速率v（H₂）=0.4mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃时，在t₀时刻，合成甲醇反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）达到平衡，若在t₁时刻将容器的体积缩小为原来的$\frac{1}{2}$，在t₂时刻又达到新的平衡，请在图中用曲线表示t₁～t₂时间段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图（其他条件不变，曲线上必须标明氢气、甲醇）．
（4）如果用CH₃OH和空气作燃料电池，用KOH作电解质溶液，请写出该燃料电池的负极的电极反应式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知CH₃OH（l）的燃烧热为-726.5kJ/mol，据此书写CH₃OH完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式；
（2）①平衡常数为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积；升高温度，可逆反应向吸热反应方向移动，根据平衡常数与温度变化关系确定焓变；
②根据平衡浓度计算出平衡常数来确定温度；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率；
（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小为原来的$\frac{1}{2}$，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动，据此分析；
（4）燃料电池的负极CH₃OH失电子发生氧化反应．

解答 解：（1）已知CH₃OH（l）的燃烧热为-726.5kJ/mol，则CH₃OH完全燃烧生成二氧化碳和液态水的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1；
（2）①平衡常数为生成物浓度的幂次方之积比上反应物浓度的幂次方之积，则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反应的平衡常数的表达式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$，升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，
故答案为：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$；＜；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始 1mol/L         3mol/L       0 
转化 0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡 0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8}{0.2×1.4{\;}^{2}}$=2.04，所以是250℃；反应速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{4min}$=0.4mol•L^-1•min^-1，故答案为：250℃；0.4mol•L^-1•min^-1；

（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小为原来的$\frac{1}{2}$，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动，至t₂时刻又达到新的平衡，图示如下：；故答案为：；
（4）用CH₃OH和空气作燃料电池，用KOH作电解质溶液，负极CH₃OH失电子发生氧化反应，则负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评 本题考查了影响化学平衡移动的因素、速率的计算、热化学方程式以及电极反应式的书写等知识点，综合性强，难度大，有利于提高学生的分析能力及灵活应用能力．