Question

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反应Ⅱ的平衡常数表达式是    ．
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

由表中数据判断△H₁    0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为    ．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）
△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式    ．
（3）甲醇、乙醇在发展燃料电池上有广泛的应用．美国科学家研制了一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电．电池总反应为：C₂H₅OH+3O₂═2CO₂+3H₂O，电池示意图如右．试写出a极的电极反应式：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）①化学平衡常数指一定温度下，可逆反应到达平衡状态各生成浓度的系数次幂的乘积与各反应物浓度的系数次幂的乘积的比值，据此书写；
②由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；
③根据CO的平衡浓度计算平衡时CO的物质的量，进而计算参加反应的CO的物质的量，再根据转化率定义计算；
（2）根据盖斯定律进行书写；
（3）乙醇发生氧化反应，生成二氧化碳，由质子交换膜可知，还有氢离子生成．
解答：解：（1））①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数表达式k=，
故答案为：；
②由表中数据可知，温度越高平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应，即△H₁＜0，
故答案为：＜；
③达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则参加反应的CO的物质的量=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，故CO转化率=×100%=80%，
故答案为：80%；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4 H₂O（l），该反应的反应热△H=-1275.6kJ?mol^-1-（-566.0kJ?mol^-1）+4×（-44.0kJ/mol）=-887kJ?mol^-1
故该反应热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，负极上燃料失去电子发生氧化反应，所以电极反应式为C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，
故答案为：C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．
点评：本题考查化学平衡常数、化学平衡计算、热化学方程式书写、原电池等，难度中等，（3）中注意根据原电池结合判断由氢离子产生．