Question

研究碳氧化物的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义．
（1）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，
已知：
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ?mol^-1以CO₂和H₂为原料合成甲醇的热化学方程式为

 

，能使该合成平衡体系中

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的措施有

 

（任写一条）；
（2）工业上以CO和H₂为原料合成甲醇化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
①在容积为1L的密闭容器中充入1molCO，实验测得平衡时甲醇的物质的量和温度的关系如下表，则该正反应的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）；

温   度	300℃	400℃	500℃
n（甲醇）/mol	0.21	0.17	0.11

②在恒容容器中合成甲醇，当温度分别为230℃、250℃和270℃时，CO的转化率与

n(H2)

n(CO)

的起始组成比的关系如图所示．已知容器体积1L，起始时CO的物质的量均为1mol，据此判断在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是

 

，利用图中a点对应的数据，计算该反应在对应温度下的平衡常数K=

 

；
（3）甲醇燃料电池在碱性介质中工作时的正极电极反应式为：

 

，当6.4g甲醇完全反应时有

 

mol电子发生转移．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，构造目标热化学方程式；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；
（2）①根据图中数据结合温度对平衡的影响分析平衡时甲醇的物质的量和温度的关系；
②正反应放热，则升高温度CO的转化率降低；计算出平衡时各物质的浓度，结合平衡常数的定义进行计算；
（3）原电池放电时，阴离子向负极移动，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，碱性燃料电池中氧气在正极得电子生成氢氧根离子，根据甲醇和转移电子之间的关系式计算．

解答： 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ?mol^-1；依据盖斯定律①×

3

2

-②得到CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ?mol^-1；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，可通过增大压强或者降低温度等实现，或增加甲醇的物质的量，反应虽然向逆反应方向移动，但反应的比增加的少，二者比值增大，
故答案为：CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ?mol^-1；增大压强或者降低温度等或增加甲醇的物质的量；
（2）①根据实验测得平衡时甲醇的物质的量和温度的关系，n（甲醇）/mol，300℃，0.21，400℃，0.17，说明温度越高，甲醇的物质的量越少，平衡向逆反应方向移动，即逆反应方向为吸热方向，所以正反应方向为放热方向，即△H＜0，
故答案为：＜；
根据该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线Z为270℃，由图象可知当270℃时，CO的转化率为50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，则
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L） 1       1.5      0
转化（mol/L） 0.5     1        0.5
平衡（mol/L） 0.5     0.5      0.5
K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×0.5×0.5

=4，
故答案为：270℃；4；    
（3）燃料电池的负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，电解质环境是碱性，正极上氧气在正极得电子生成氢氧根离子，反应为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
当6.4g甲醇完全反应时，电子转移个数=

6.4g

32g/mol

×6momol=1.2mol，
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；1.2．

点评：本题考查了利用盖斯定律书写热化学反应方程式、电极反应式的书写和平衡等知识点，平衡移动是学习难点，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，或增加甲醇的物质的量为解答易漏答的要点，题目难度中等．