Question

18．甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油．工业上合成甲醇的方法很多．
（1）一定条件下发生反应：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁       
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）　的△H═△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃．
（2）在容积为2L的密闭容器中进行反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），其他条件不变，在300℃和500℃时，物质的量n（CH₃OH） 与反应时间t的变化曲线如图所示．该反应的△H＜0 （填＞、＜或=）．
（3）若要提高甲醇的产率，可采取的措施有ABE（填字母）．
A．缩小容器体积        B．降低温度        C．升高温度
D．使用合适的催化剂     E．将甲醇从混合体系中分离出来

（4）CH₄和H₂O在催化剂表面发生反应CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃时，向1L密闭容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小时后测得反应体系达到平衡状态，此时CH₄的转化率为50%，计算该温度下上述反应的化学平衡常数6.75（结果保留小数点后两位数字）．
（5）以甲醇为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，右图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图．B极的电极反应式为CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O．
（6）25℃时，草酸钙的Ksp=4.0×10^-8，碳酸钙的Ksp=2.5×10^-9．向10ml碳酸钙的饱和溶液中逐滴加入8.0×10^-4 mol•L^-1的草酸钾溶液10ml，能否产生沉淀否 （填“能”或“否”）．

Answer 1

分析 （1）运用盖斯定律解答，注意分析待求反应中的反应物和生成物在已知反应中的位置，通过加减求得；
（2）在300℃到500℃时，物质的量n（CH₃OH）减小，平衡逆向移动；
（3）改变条件平衡正向移动，由此分析；
（4）依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
（5）①根据原电池原理，负极上甲醇失电子生成二氧化碳；
②根据电池中的能量转化率分析；
（6）根据c（Ca²⁺）•c （C₂O₄^2-）和Ksp（4.0×10^-8）相对大小判断，如果c（Ca²⁺）•c （C₂O₄^2-）=＜Ksp（4.0×10^-8），则无沉淀生成．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
据盖斯定律，①+$\frac{1}{2}$②-$\frac{1}{2}$③得：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃，
故答案为=△H₁+$\frac{1}{2}$△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃；
（2）在300℃到500℃时，物质的量n（CH₃OH）减小，平衡逆向移动，逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，故答案为：＜；
（3）A．缩小容器体积，增大压强，平衡正向移动，甲醇的产率增加，故正确；
B．降低温度，平衡正向移动，甲醇的产率增加，故正确；
C．升高温度，平衡逆向移动，甲醇的产率减少，故错误；
D．使用合适的催化剂，平衡不移动，故错误；
E．将甲醇从混合体系中分离出来，有利平衡正向移动，提高甲醇的产量，故正确；
故选：ABE；
（4）CH₄和H₂O在催化剂表面发生反应CH₄+H₂O?CO+3H₂，T℃时，向1L密闭容器中投入1mol CH₄和1mol H₂O（g），5小时后测得反应体系达到平衡状态，此时CH₄的转化率为50%，
                          CH₄ +H₂O?CO+3H₂
起始物质的量浓度（mol•L^-1） 1.0    1.0         0       0
转化物质的量浓度（mol•L^-1） 0.5    0.5        0.5     1.5
平衡物质的量浓度（mol•L^-1   0.5    0.5        0.5     1.5            
K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）•c（CO）}{c（C{H}_{4}）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×0.5}$=6.75mol²/L²；
故答案为：6.75；
（5）①根据原电池原理，负极上甲醇失电子生成二氧化碳，电极反应为：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O，故答案为：CH₃OH+3O^2--6e^-=CO₂+2H₂O；
②甲醇不完全被氧化，生成C或CO或者原电池中发生反应时化学能不去全部转化为电能，即电池能量转化率达不到100%，所以实际上消耗的甲醇的质量比理论上大，
故答案为：甲醇不完全被氧化，生成C或CO  或电池能量转化率达不到100%；
（6）碳酸钙溶液中钙离子浓度=$\sqrt{2.5×1{0}^{-9}}$mol/L=5×10^-5mol/L，二者混合后，钙离子浓度=2.5×10^-5mol/L，草酸钾的浓度为4.0×10^-4 mol/L，混合后c（Ca²⁺）•c （C₂O₄^2-）=2.5×10^-5 ×4.0×10^-4=1×10^-8＜Ksp（4.0×10^-8），故无沉淀，故答案为：否．

点评 本题考查了盖斯定律、化学平衡的移动、化学平衡常数、电化学、难溶物的溶解平衡，明确溶度积常数的运用是解本题关键，难度中等．