Question

能源问题是人类社会面临的重大课题．甲醇是未来重要的绿色能源之一．

（l）已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ．请写出甲醇燃烧的热化学方程式

 

．
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）

催化剂

加热

CH₃OH（g）+H₂O（g）在其它条件不变的情况下，实验测得温度对反应的影响如图1所示（注：T₁、T₂均大于300℃）：
①合成甲醇反应的△H

 

0．（填“＞”、“＜”或“=”）．
②平衡常数的表达式为：

 

．温度为T₂时的平衡常数

 

温度为T₁时的平衡常数（填“＞”、“＜”或“=”）
③在T₁温度下，将1mol CO₂和 1molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为α，则容器内的压强与起始压强的比值为

 

．
（3）利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置．该装置中 Pt 极为

 

极；写出b极的电极反应式

 

．

Answer 1

分析：（1）依据题干条件，1g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热22.70KJ，所以32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热726.40KJ，依据热化学方程式的书写方法写出；
（2）①图象分析先拐先平，温度高T₂先达到平衡则T₂＞T₁，纵轴是甲醇的物质的量，温度越高，甲醇越少，依据平衡移动原理分析判断；
②依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数表达式，图象分析先拐先平，温度高T₂先达到平衡则T₂＞T₁，纵轴是甲醇的物质的量，温度越高，甲醇越少，平衡逆向进行分析判断；
③根据平衡三段式列式计算，相同条件下，气体压强之比等于物质的量之比；
（3）甲醇燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，与负极连接的是阴极，与正极连接的为阳极，电池负极反应是甲醇失电子，在碱性溶液中生成碳酸盐，依据电荷守恒写出电极反应．

解答：解：（1）已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ，32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热726.40KJ，甲醇燃烧的热化学方程式为CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.40KJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.40KJ/mol；
（2）①根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，△H＜0，
故答案为：＜；
②依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数表达式，K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，则T₁时的平衡常数比T₂时的大，
故答案为：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；＜；
③在T₁温度下，将1mol CO₂和 1molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为α，则
              CO₂（g）+3H₂（g）

催化剂

加热

CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1          1            0        0
变化量（mol）  α          3α           α         α
平衡量（mol）1-α        1-3α           α         α
则容器内的压强与起始压强的比值等于物质的量之比=（2-2α）：2=1-α，
故答案为：1-α；
（3）甲醇燃料电池中甲醇在b电极发生氧化反应，为负极反应，氧气在a电极发生还原反应，为正极反应，与负极相连的Pt电极为阴极，碳电极为阳极，b电极发生的电极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：阴；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题考查了热化学方程式书写，原电池原理和电解池原理的分析应用，化学平衡的计算方法，平衡常数概念理解计算，题目难度中等．