题目内容
（2012?红桥区一模）能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）△H1
反应Ⅱ：CO2（g）+3H2 （g）?CH3OH （g）+H2O （g）△H2
①上述反应符合．“原子经济”原则的是
Ⅰ
Ⅰ
（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）．
| 温度 | 250℃ | 300℃ | 350℃ |
| K | 2.041 | 0.270 | 0.012 |
＜
＜
0（填“＞”、“=”或“＜”），反应Ⅰ的平衡常数的表达式是| c(CH3OH) |
| c(CO)c2(H2) |
| c(CH3OH) |
| c(CO)c2(H2) |
③某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为
80%
80%
．（2）根据如图所示的能量变化写出由碳转化成CO的热化学方程式
C（s）+1/2O2（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol
C（s）+1/2O2（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol
．（3）某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO4混合溶液，其装置如下1图：
①写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
．③理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如题2图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t1后，石墨电极上的电极反应式
4OH--4e-=O2↑+2H2O
4OH--4e-=O2↑+2H2O
；在t2时所得溶液的pH约为1
1
．（溶液体积变化忽略不计）分析：（1）①“原子经济”原则是：原子经济性是绿色化学以及化学反应的一个专有名词．绿色化学的“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；
②依据平衡常数随温度变化分析，结合平衡移动原理分析热量变化，依据平衡常数概念列式；
③依据化学平衡的三段式列式计算，依据转化率概念计算得到；
（2）依据图象分析物质能量，结合热化学方程式书写方法写出；
（3）电池通入甲醇的为负极，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl-在阳极放电生成氯气，阴极Cu2+放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t1前电极反应式为：阳极2Cl--4e-=Cl2↑，阴极2Cu2++4e-=2Cu，t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极2Cu2++4e-=2Cu，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极4H++4e-=2H2↑，所以t1～t2 阳极上生成氧气，根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，根据公式计算得出C（H+），从而得出溶液的pH．
②依据平衡常数随温度变化分析，结合平衡移动原理分析热量变化，依据平衡常数概念列式；
③依据化学平衡的三段式列式计算，依据转化率概念计算得到；
（2）依据图象分析物质能量，结合热化学方程式书写方法写出；
（3）电池通入甲醇的为负极，乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl-在阳极放电生成氯气，阴极Cu2+放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t1前电极反应式为：阳极2Cl--4e-=Cl2↑，阴极2Cu2++4e-=2Cu，t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极2Cu2++4e-=2Cu，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极4H++4e-=2H2↑，所以t1～t2 阳极上生成氧气，根据氧气的量计算氢氧根离子的物质的量，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，根据公式计算得出C（H+），从而得出溶液的pH．
解答：解：（1）①“原子经济性”是指在化学品合成过程中，合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中；
分析反应可知反应Ⅰ符合；
故答案为：Ⅰ；
②依据图表数据分析，随温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向放热反应；
故答案为：＜；
CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）反应的平衡常数K=
；
故答案为：＜；K=
；
③按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，物质的量为0.4mol；
CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）
起始量（mol） 2 6 0
变化量（mol） 1.6 3.2 1.6
平衡量（mol） 0.4 2.8 1.6
CO的转化率=
×100%=80%
故答案为：80%；
（2）依据图象可知①C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5KJ/mol，②CO（g）+
O2（g）=CO2（g）△H=-282.9KJ/mol；
依据盖斯定律①-②得到C（s）+1/2O2 （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
故答案为：C（s）+1/2O2 （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
（3）①甲醇燃料电池中，在碱性条件下，甲醇失电子生成碳酸根与水，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，
故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
②乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl-在阳极放电生成氯气，阴极Cu2+放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t1前电极反应式为：阳极2Cl--4e-=Cl2↑，t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，所以在t1后，石墨电极上的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；
t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极2Cu2++4e-=2Cu，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极4H++4e-=2H2↑，所以t1～t2 阳极上生成氧气，t1～t2Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L，阳极上生成112mL氧气需要n（OH-）=
=0.02mol，水电离出等物质的量的氢离子和氢氧根离子，所以n（H+）=0.02mol，c（H+）=
=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案为：4OH--4e-=O2↑+2H2O；1；
分析反应可知反应Ⅰ符合；
故答案为：Ⅰ；
②依据图表数据分析，随温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向放热反应；
故答案为：＜；
CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）反应的平衡常数K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)c2(H2) |
故答案为：＜；K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)c2(H2) |
③按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，物质的量为0.4mol；
CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）
起始量（mol） 2 6 0
变化量（mol） 1.6 3.2 1.6
平衡量（mol） 0.4 2.8 1.6
CO的转化率=
| 1.6mol |
| 2mol |
故答案为：80%；
（2）依据图象可知①C（s）+O2（g）=CO2（g）△H=-393.5KJ/mol，②CO（g）+
| 1 |
| 2 |
依据盖斯定律①-②得到C（s）+1/2O2 （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
故答案为：C（s）+1/2O2 （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
（3）①甲醇燃料电池中，在碱性条件下，甲醇失电子生成碳酸根与水，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，
故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
②乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl-在阳极放电生成氯气，阴极Cu2+放电生成Cu，故图丙中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t1前电极反应式为：阳极2Cl--4e-=Cl2↑，t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，所以在t1后，石墨电极上的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；
t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极2Cu2++4e-=2Cu，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极4H++4e-=2H2↑，所以t1～t2 阳极上生成氧气，t1～t2Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L，阳极上生成112mL氧气需要n（OH-）=
| 0.112L×4mol |
| 22.4L |
| 0.02mol |
| 0.2L |
故答案为：4OH--4e-=O2↑+2H2O；1；
点评：本题考查了化学平衡的有关计算、电解池原理等知识点，电解硫酸铜和氯化钠混合溶液时，明确离子的放电顺序是解本题的关键，难度较大．
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