Question

20．化学在能源开发与利用中起着重要的作用，如甲醇、乙醇、二甲醚（CH₃OCH₃）等都是新型燃料．
（1）乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇．
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H=a kJ/mol
在一定压强下，测得上述反应的实验数据如表．

温度/K CO2转化率% $\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$	500	600	700	800
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

根据表中数据分析：
①上述反应的a小于0（填“大于”或“小于”）．
②在一定温度下，提高氢碳（即$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$）比，平衡常数K值不变（填“增大”、“减小”、或“不变”）．
（2）催化剂存在的条件下，在固定容积的密闭容器中投入一定量的CO和H₂，同样可制得乙醇（可逆反应）．该反应过程中能量变化如图所示：

在一定温度下，向上述密闭容器中加入1mol CO、3mol H₂及固体催化剂，使之反应．平衡时，反应产生的热量为Q kJ，若温度不变的条件下，向上述密闭容器中加入4mol CO、12mol H₂及固体催化剂，平衡时，反应产生的热量为w kJ，则w的范围为4Q＜w＜2 （E₂-E₁）．
（3）以乙醇蒸气、空气、氢氧化钠溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池，其工作原理与甲烷燃料电池原理相类似．该电池中负极上的电极反应式是CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．使用上述乙醇燃料电池电解（Pt电极）一定浓度的硫酸铜溶液通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1mol Cu（OH）₂后恰好恢复到电解前的浓度和pH，则乙醇燃料电池在电解过程中转移电子数是0.4N_A．

Answer 1

分析 （1）①升高温度化学平衡向吸热方向移动；
 ②化学平衡常数只与温度有关；
（2）该反应热化学方程式为2CO（g）+4H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-（E₂-E₁）kJ/mol
在一定温度下，向上述密闭容器中加入1mol CO、3mol H₂，平衡时，反应产生的热量为Q kJ小于$\frac{1}{2}$ （E₂-E₁）kJ，
该反应前后气体体积减小，增大压强平衡正向移动，若温度不变的条件下，向上述密闭容器中加入4mol CO、12mol H₂平衡时，反应产生的热量为w kJ，如果4molCO完全反应放出的热量为2 （E₂-E₁）kJ，如果两种情况下CO转化率相同，则放出的热量为4Q，实际上4molCO反应时转化率大于1molCO，所以放出的热量大于4Q；
（3）该原电池负极上乙醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水；0.1mol Cu（OH）₂相当于0.1molCuO．H₂O，即0.1molCuO、0.1molH₂O，阴极上析出Cu和氢气，阳极上只析出氧气，根据氧原子与转移电子之间的关系式计算转移电子数．

解答 解：（1）①升高温度化学平衡向吸热方向移动，升高温度，二氧化碳转化率降低，说明平衡逆向移动，则逆反应是吸热反应，所以正反应是放热反应，即a＜0，
故答案为：小于；
 ②化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变，所以该反应化学平衡常数不变，故答案为：不变；
（2）该反应热化学方程式为2CO（g）+4H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H=-（E₂-E₁）kJ/mol
在一定温度下，向上述密闭容器中加入1mol CO、3mol H₂，平衡时，反应产生的热量为Q kJ小于$\frac{1}{2}$ （E₂-E₁）kJ，
该反应前后气体体积减小，增大压强平衡正向移动，若温度不变的条件下，向上述密闭容器中加入4mol CO、12mol H₂平衡时，反应产生的热量为w kJ，如果4molCO完全反应放出的热量为2 （E₂-E₁）kJ，如果两种情况下CO转化率相同，则放出的热量为4Q，实际上4molCO反应时转化率大于1molCO，所以放出的热量大于4Q，所以放出的热量4Q＜w＜2 （E₂-E₁），故答案为：4Q＜w＜2 （E₂-E₁）；
（3）该原电池负极上乙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CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；0.1mol Cu（OH）₂相当于0.1molCuO．H₂O，即0.1molCuO、0.1molH₂O，阴极上析出Cu和氢气，阳极上只析出氧气，根据原子守恒得n（O₂）=2n[Cu（OH）₂]=0.1mol=0.1mol，生成1个氧分子转移4个电子，所以生成0.1molO₂原子转移0.4mol电子，电子数为 0.4 N_A，
故答案为：CH₃CH₂OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O； 0.4 N_A．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡计算、反应热计算、原电池原理等知识点，侧重考查学生分析计算能力，明确化学平衡常数影响因素、原电池电极反应式的书写等知识点是解本题关键，注意：所有的平衡常数只与温度有关，与物质的物质的量多少及浓度无关，难点是电极反应式的书写，要结合电解质溶液酸碱性书写．