Question

按要求完成下列各小题．
（1）用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），某些化学键的键能数据如下表：

化学键	C-C	C-H	H-H	C-O	C=O	H-O
键能/kJ?mol-1	348	413	436	358	750	463

计算反应上述反应的焓变△H=

 

；写出上述反应的平衡常数表达式K=

 

，若升高温度，则平衡常数K

 

（填“增大”或“减小”或“不变”）．该反应的△S

 

0（填“＞”或“＜”或“=”），在

 

（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用如图装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式：

 

②写出除去甲醇的离子方程式：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,化学电源新型电池

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）焓变△H=反应物总键能-生成物总键能；
平衡常数指一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物浓度化学计量数次数幂之积与生成物浓度化学计量数次数幂之积的比值；
根据焓变判断升高温度平衡移动方向，进而判断平衡常数变化；根据反应前后气体的计量数判断熵变；
（2）①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答： 解：（1）焓变△H=反应物总键能-生成物总键能，故焓变△H=2×750kJ/mol+3×436kJ/mol-3×413kJ/mol-358kJ/mol-463kJ/mol-2×463kJ/mol=-178kJ/mol；
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数表达式k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，该反应为气体体积减小的反应，所以熵也减小，所以△S＜0，根据△G=△H-T△S
可知，该反应在低温下有利于自发进行，
故答案为：-178kJ/mol；

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；减小；＜；较低；
（2）①通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co²⁺-e^-=Co³⁺；
故答案为：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

点评：本题综合性较强，涉及平衡常数、反应热计算、电化学知识等，属于拼合型题目，对学生的心理有较高的要求，难度中等．