Question

8．甲醇是一种可再生能源，用途广泛，运用你学过的知识，回答下列有关甲醇的系列问题：
Ⅰ、与水一样，甲醇也能微弱电离：2CH₅OH（l）?CH₃OH₂⁺+CH₃O^-，它也存在一个类似K_w的离子积K_m，且25℃时MK_m=2.0×10^-17．往一定量的甲醇中加入金属钠，则有关叙述不正确的是A
A．金属钠与甲醇反应比金属钠与水反应更强烈
B．结合H⁺的能力CH₃O^-＞OH^-
C．温度不变，所得溶液中c（CH₃O^-）和c（CH₃OH₂⁺）的乘积为常数
D．所得溶液中c（Na⁺）+c（CH₃OH₂⁺）═c（CH₃O^-）
Ⅱ、已知在常温下常压下：
①2CH₃OH+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6KJ/mol
②CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0KJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0KJ/mol
请计算1mol甲醇不完全燃烧生成1mol一氧化碳和液态水放出的热量为442.8KJ．
Ⅲ、某同学设计了一个酸性甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图1．

（1）写出甲中通入甲醇一极的电极反应式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．
（2）图2表示乙中阳极（选填“阴”或“阳”）产生气体的体积与电解时间的关系．当该极产生336mL气体时，理论上甲中消耗O₂ 224mL（标况）．
Ⅳ、工业上常用两种方法生产甲醇：
方法一：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0
（1）能说明该反应已达平衡状态的是B（填写序号字母）．
A．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1
B．恒温恒容，气体总压强保持不变
C．H₂的消耗速率与CH₃OH的生成速率之比为2：1
D．恒温恒容，混合气体的密度保持不变
（2）下列措施能使容器中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大的是C．
A．升高温度
B．将CH₃OH从容器中分离出去一部分
C．体积不变，充入氢气
D．选用更有效的催化剂
E．体积不变，充入氦气，使体系压强增大
方法二：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0KJ/mol
某温度下，在容积均为1L的A、B两个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，达到平衡时的能量变化数据如表：

容器	A	B
反应物投入量	1molCO2（g）和3molH2（g）	1molCH3OH（g）和1molH2O（g）
反应能量变化	放出29.4KJ	吸收aKJ

（1）A容器中的反应经10秒达到平衡，从反应开始至达到平衡，A中用H₂表示平均反应速率为0.18 mol/（L•s）．
（2）a=19.6；B容器中反应达到平衡时，CH₃OH的转化率是40%．
（3）平衡后保持温度和体积不变，将A、B中的物质合并在A容器中，再次平衡时CH₃OH的物质的量大于1.2mol．（选填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 Ⅰ、A．电离出来的氢离子浓度越大，与钠反应速率越大；
B．越难电离，则离子越易与氢离子结合；
C．K_m=c（CH₃O^-）×c（CH₃OH₂⁺），只受温度的影响；
D．根据电荷守恒分析；
Ⅱ、根据盖斯定律，（①-②-③×4）÷2可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），△H；
Ⅲ、（1）在酸性条件下，甲醇失去电子后与水反应生成二氧化碳和氢离子；
（2）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，阳极上先Cl^-在阳极放电生成氯气，后OH^-放点O₂，阴极上先Cu²⁺放电生成Cu，后H⁺放电生成H₂，写出电极反应式，依据转移电子的物质的量相同进行计算；
Ⅳ、方法一：（1）A．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1，不能说明浓度不再变化；
B．恒温恒容，气体总压强与气体总的物质的量成正比；
C．H₂的消耗速率与CH₃OH的生成速率之比为2：1，均表示正反应速率；
D．根据$ρ=\frac{m}{V}$分析气体的密度是否为变量；
（2）根据外界条件对化学平衡移动的影响进行判断，注意条件的改变大于平衡移动的改变；
方法二：（1）先根据反应中能量变化求出参加反应的H₂的物质的量，然后再根据v=$\frac{△c}{△t}$求出H₂的平均反应速率；
（2）恒温恒容下，容器A与容器B为等效平衡，平衡时对应组分的物质的量、浓度相等，二者起始物质的量等于各物质的化学计量数，放出热量与吸收热量之和等于反应热数值；B容器中反应达到平衡时，CH₃OH的转化率与A容器中反应达到平衡时CH₃OH的产率之和等于1；
（3）平衡后保持温度和体积不变，将A、B中的物质合并在A容器中，压强增大，平衡正向移动．

解答 解：Ⅰ、A．电离出来的氢离子浓度越大，与钠反应速率越大，水的电离程度大于甲醇，则水中氢离子浓度大，所以钠与水的反应比钠与甲醇反应更剧烈，故A错误；
B．越难电离，则离子越易与氢离子结合，甲醇难电离，则结合H⁺的能力CH₃O^-＞OH^-，故B正确；
C．K_m为甲醇中离子浓度的乘积，只受温度的影响，温度不变，K_m不变，故C正确；
D．所得到溶液中存在电荷守恒，即c（Na⁺）+c（CH₃OH₂⁺）=c（CH₃O^-），故D正确；
故答案为：A；
Ⅱ、①2CH₃OH+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6KJ/mol；
②CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0KJ/mol；
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0KJ/mol；
根据盖斯定律，将已知反应（①-②+③×4）÷2得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），△H=$\frac{1}{2}$[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8 kJ•mol^-1，
故答案为：442.8；
Ⅲ、（1）在酸性条件下，甲醇失去电子后与水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；
（2）阴极上先Cu²⁺放电生成Cu，后H⁺放电生成H₂，阳极上先Cl^-在阳极放电生成氯气，后OH^-放点O₂，因此图2表示乙中阳极产生气体的体积与电解时间的关系；
t₁前电极反应式为：阳极2Cl^--2e^-=Cl₂↑，产生224mlCl₂时，失去电子的物质的量为$\frac{224×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$×2=2×10^-2 mol，
t₁～t₂电极反应式为：阳极4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，产生112mlO₂时，失去电子的物质的量为$\frac{112×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$×4=2×10^-2 mol，
总共失去4×10^-2 mol的电子，
正极：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，得到4×10^-2 mol的电子时，消耗氧气的物质的量为10^-2 mol，标况下的体积为224ml，
故答案为：阳；224；
Ⅳ、方法一：（1）A．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1，不能说明浓度不再变化，故A错误；
B．恒温恒容，气体总压强与气体总的物质的量成正比，该反应中气体不是等物质的量的反应，所以气体总压强不变，说明达到化学平衡状态，故B正确；
C．H₂的消耗速率与CH₃OH的生成速率之比为2：1，均表示正反应速率，不能说明正、逆反应速率相等，故C错误；
D．根据$ρ=\frac{m}{V}$，气体的总质量m不变，为恒容容器V不变，所以气体的密度是定值，因此不能说明达到化学平衡状态，故D错误；
故答案为：B；
（2）A．升高温度，化学平衡逆向移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$减小，故A错误；
B．将CH₃OH从容器中分离出去一部分，化学平衡正向移动，但条件的改变大于平衡移动的改变，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$减小，故B错误；
C．体积不变，充入氢气，化学平衡正向移动，n（CH₃OH）增大，c（CO）减小，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$增大，故C正确；
D．选用更有效的催化剂，化学平衡不移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$不变，故D错误；
E．体积不变，充入氦气，使体系压强增大，并没有影响各组分的浓度，化学平衡不移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{c（CO）}$不变，故E错误；
故答案为：C；
方法二：（1）3molH₂完全反应放出49.0kJ热量，当放出29.4kJ热量时，则参加反应的n（H₂）=3mol×$\frac{29.4}{49.0}$=1.8mol，
v（H₂）=$\frac{1.8mol}{1L×10s}$=0.18 mol/（L•s），
故答案为：0.18 mol/（L•s）；
（2）恒温恒容下，容器A与容器B为等效平衡，平衡时对应组分的物质的量、浓度相等，二者起始物质的量等于各物质的化学计量数，放出热量与吸收热量之和等于反应热数值，则吸收的热量=反应热-放出的热量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ；
A容器中反应达到平衡时CH₃OH的产率为$\frac{29.4}{49.0}$×100%=60%，所以B容器中反应达到平衡时，CH₃OH的转化率为1-60%=40%，
故答案为：19.6；40；
（3）平衡后保持温度和体积不变，将A、B中的物质合并在A容器中，假设平衡不发生移动，此时CH₃OH的物质的量是1.2mol，但是压强增大，平衡正向移动，所以导致CH₃OH的物质的量大于1.2mol，
故答案为：大于．

点评 本题考查了弱电解质的电离、化学反应速率的计算和化学平衡原理的应用、电化学原理的应用等知识点，为高频考点，难度较大，学习中要加强化学原理的理解和计算能力的培养．