Question

6．甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景．
（1）工业生产甲醇的常用方法是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O （l）△H=-571.6kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol
①CH₃OH（g）+O₂（g）?CO（g）+2H₂O（g）的反应热△H=-392.8kJ/mol．
②若在恒温恒容的容器内进行反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），则可用来判断该反应达到平衡状态的标志有AD．（填字母）
A．CO百分含量保持不变              B．容器中H₂浓度与CO浓度相等
C．容器中混合气体的密度保持不变     D．CO的生成速率与CH₃OH的生成速率相等
（2）工业上利用甲醇制备氢气的常用甲醇蒸汽重整法，该法中的一个主要反应为CH₃OH（g）CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是反应是熵增加的反应
（3）在稀硫酸介质中，甲醇燃料电池负极发生的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺
正极发生的电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O （g）△H=-241.8kJ/mol
根据盖斯定律，②×2-①得目标热化学方程式的反应热；
②根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是△H-T△S＜0，反应是熵增加的反应；
（3）甲醇燃料电池中负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳、氢离子，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水．

解答 解：（1）①已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O （g）△H=-241.8kJ/mol
根据盖斯定律，②×2-①得：CH₃OH（g）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-392.8 kJ/mol，
故答案为：①-392.8 kJ/mol；
②A．CO百分含量保持不变，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故A正确；
B．容器中H₂浓度与CO浓度相等，不能说明正逆反应速率相等，所以不能作平衡状态的标志，故B错误；
C．容器中混合气体的密度始终保持不变，所以不能作平衡状态的标志，故C错误；
D．CO的生成速率与CH₃OH的生成速率相等，速率之比等于对应物质的计量数之比，说明正逆反应速率相等，达平衡状态，故D正确；
故选AD；
（2）①反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是△H-T△S＜0，反应是熵增加的反应，
故答案为：反应是熵增加的反应；
（3）甲醇燃料电池实质就是利用CH₃OH燃料在氧气中反应来提供电能，CH₃OH作负极，发生氧化反应，电极反应为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；氧气在正极反应：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断、平衡常数的表达式及温度与平衡常数的关系，原电池电极反应式的书写，题目难度中等．