Question

7．CO是一种有毒气体，工业上可利用CO和H₂在一定条件下合成有机燃料甲醇，实现变废为宝，节约资源的目的．回答下列问题：
（1）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
         ②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
         ③CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
则表示CH₃OH蒸汽燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-763.8kJ•mol^-1．
（2）在一定温度下，按下表中的物质的量投入容积为2L的恒容密闭容器中，发生反应：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1，得到如下数据：

实验组序	温度/℃	起始量/mol					平衡量/mol
		CO（g）	H2（g）		CH3OH（g）		CH3OH（g）
1	500	2		4		0	1
2	500	1.4		2.8		0.6	a
3	750	0		0		2	0.8
4	750	0.8		1.6		1.2	b

①按实验2中的量投入容器，反应向正（填“正”或“逆”）方向进行，达到平衡时CO的转化率为50%（保留一位小数）
②750℃，该反应的平衡常数K=1.56（保留两位小数）
③已知750℃时，若实验4在体积可变的恒压密闭容器中反应，达到平衡时CO的体积分数为W%，相同条件下，若起始时容器中加入xmolCO、ymolH₂和0.4molCH3OH气体，达到平衡时，欲保持CO的体积分数仍为W%，则x、y应满足的条件是x：y=1：2（用含x、y的式子表示）．
（3）利用甲醇通过如图装置电解精炼铜，请回答下列问题：

①应选粗铜作d电极的电极材料，C电极的名称为阴极，X溶液为硫酸铜溶液；
②b电极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
③电解精炼过程中a电极附近溶液的pH会增大（填“增大”、“减小”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH3OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律知，①+②×，①+②×$\frac{1}{2}$-③得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（2）①利用三段式求得500℃时的平衡常数K，根据题中数据求得Qc的值，根据K与Qc判断反应方向，根据转化率=$\frac{已转化的量}{起始量}$×100%计算；
②根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（H{\;}_{2}）}$计算；
③750℃恒压条件十，达到平衡时CO的体积分数为W%，即与原平衡为成比例的等效平衡，将生成物折算成反应后，各反应物的物质的量之比相等可；
（3）在甲醇燃料电池中，甲醇是还原剂，在电池的负极反应，生成碳酸根离子，氧气是氧化剂，在正极发生还原反应，生成氢氧根离子，根据装置图可知，b极为负极，a为正极，所以d为阳极，c为阴极，电解精炼铜时用粗铜作阳极，用硫酸铜溶液作电解质溶液，据此答题；

解答 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH3OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
根据盖斯定律知，①+②×$\frac{1}{2}$-③得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-571.6kJ•mol^-1-566.0kJ•mol^-1×$\frac{1}{2}$+90.8kJ•mol^-1=-763.8kJ•mol^-1，所以甲醇蒸汽燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-763.8kJ•mol^-1 ，
故答案为：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-763.8kJ•mol^-1 ；
（2）①利用三段式，根据题中数据有，
             CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始（mol/L） 1       2         0
转化（mol/L） 0.5     1        0.5
平衡（mol/L） 0.5     1        0.5                
所以平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1，根据题中数据实验2中，Qc=$\frac{0.3}{1．{4}^{2}×0.7}$=0.22＜1，所以反应向正反应方向进行，CO的转化率为=$\frac{0.5}{1}$×100%=50%，
故答案为：正；50%；
②利用三段式，根据题中数据有750℃时，
             CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始（mol/L） 0       0         1
转化（mol/L） 0.4     0.8        0.4
平衡（mol/L） 0.4     0.8        0.4                
所以平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.4}{0．{8}^{2}×0.4}$=1.56，
故答案为：1.56；
③利用三段式，根据题中数据有750℃时，
                CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始1（mol/L）   0.4      0.8       0.6
折算后（mol/L）  1       2          0
起始2（mol/L）   x       y          0
所以有x：y=1：2，
故答案为：x：y=1：2；
（3）在甲醇燃料电池中，甲醇是还原剂，在电池的负极反应，生成碳酸根离子，氧气是氧化剂，在正极发生还原反应，生成氢氧根离子，根据装置图可知，b极为负极，a为正极，所以d为阳极，c为阴极，电解精炼铜时用粗铜作阳极，用硫酸铜溶液作电解质溶液，
①根据上面的分析可知，应选粗铜作d电极的电极材料，C电极的名称为阴极，X溶液为 硫酸铜溶液，
故答案为：粗铜；阴；硫酸铜；
②b电极为甲醇发生氧化反应，生成碳酸根离子，电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
③电解精炼过程中a电极上氧气是氧化剂，在正极发生还原反应，生成氢氧根离子，所以溶液的溶液的pH会增大，
故答案为：增大．

点评 本题考查化学平衡的标志、平衡常数的计算及化学平衡移动原理、盖斯定律的计算应用等，知识点较多，综合性很强，难度中等．