Question

甲醇具有开发和应用广阔的前景．工业上一般采用下列两种途径合成甲醇：
途径Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
途径Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
（1）上述反应符合“原子经济”规律的是

 

．
（2）下列各项中，能够说明反应Ⅱ已达到平衡的是

 

．
a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
b．一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变
c．一定条件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH₃OH
（3）如图是反应途径Ⅱ在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．
①该反应的焓变△H₂_

 

_0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②如表所列数据是反应途径Ⅱ在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	350℃
K	2.041	0.012

请用化学平衡常数解释上面①中你的判断：

 

．
（4）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol-1
则，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

 

kJ?mol^-1．
（5）用甲醇作燃料，KOH溶液作电解液，惰性电极材料组成的原电池工作时，其正极反应式

 

；负极反应式

 

．

Answer 1

分析：（1）原子经济性主要是指原子利用率高，化合反应原子利用率是100%；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析；
（3）①对于吸热反应，温度越高，K越大，反之越低，对于放热反应，温度越高，K越小，反之越大；
②根据温度对化学平衡移动的影响来回答判断即可；
（4）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热越乘以相应的系数并进行相应的计算；
（5）根据燃料电池的工作原理规律：正极上是氧气得电子的还原反应，负极上是燃料失电子的氧化反应来回答．

解答：解：（1）反应Ⅱ属于化合反应，原子利用率是100%，符合“原子经济”规律，故答案为：Ⅱ；
（2）a．该反应是前后气体系数和不相等的反应，当恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化，证明达到了平衡状态，故a正确；
b．一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变，是化学平衡状态的特征，故b正确；
c．一定条件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，证明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故c正确；
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH₃OH，不能证明正逆反应速率相等，不一定达到了平衡状态，故d错误．
故选abc；
（3）①根据图示的数据可以知道，温度越高，K越小，所以反应是一个放热反应，故答案为：＜；
②250℃的K值大于350℃的K值，说明升高温度，途径Ⅱ平衡向逆反应方向移动，因此，其正反应为放热反应，故答案为：250℃的K值大于350℃的K值，说明升高温度，途径Ⅱ平衡向逆反应方向移动，因此，其正反应为放热反应，△H₂＜0；
（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1，
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1，
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1，
根据盖斯定律可知，则

①-②+③×4

2

可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），则△H=

(-a)-(-b)+(-c)×4

2

kJ/mol=

b-a-4c

2

kJ/mol，
故答案为：

b-a-4c

2

kJ/mol；
（5）燃料电池的工作原理规律：正极上是氧气得电子的还原反应，在碱性环境下，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极上是燃料失电子的氧化反应，在碱性环境下，电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题涉及电化学、热化学以及化学反应速率和平衡的影响因素、判断化学平衡的方法等知识，属于综合知识的考查，难度不大．