Question

6．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）△H ₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H ₂
①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△H_1＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②某温度下，将2molCO和6molH₂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80%，此时的温度为250℃（从上表中选择）．
（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：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置：
①该电池正极的电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
②该电池总反应的离子方程式为2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O
③工作一段时间后，测得溶液的pH减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）①由表格数据可知，温度越高，K越小，则升高温度平衡逆向移动；
②2molCO和6molH₂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（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始   1            3                0
转化  0.8         1.6              0.8
平衡 0.2          1.4              0.8
转化率=$\frac{转化的量}{开始的量}$×100%、K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041；
（2）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
结合盖斯定律可知，（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）；
（3）由图可知，甲醇在负极上失去电子生成碳酸根离子，氧气在正极上得到电子生成氢氧根离子，电池反应消耗KOH，以此来解答．

解答 解：（1）①由表格数据可知，温度越高，K越小，则升高温度平衡逆向移动，可知正反应为放热反应，则△H₁＜0，故答案为：＜；
②2molCO和6molH₂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（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始   1            3                0
转化  0.8         1.6              0.8
平衡 0.2          1.4              0.8
CO的转化率为$\frac{0.8}{1}$×100%=80%，
K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，结合表格数据可知温度为250℃，
故答案为：80%；250℃；
（2）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
结合盖斯定律可知，（①-②+③×4）×$\frac{1}{2}$得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），△H=[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]×$\frac{1}{2}$=-442.8kJ•mol^-1，即甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（3）①氧气在正极上得到电子生成氢氧根离子，该电池正极的电极反应为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
②该电池总反应的离子方程式为2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，故答案为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
③工作一段时间后，电池反应消耗KOH，测得溶液的pH 减小，故答案为：减小．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、K及转化率的计算、盖斯定律应用及原电池为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，综合性较强，题目难度不大．