Question

甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景．
（1）工业生产甲醇的方法是：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol；
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
①计算2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=

 

．
②若在恒温恒容的容器内进行反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），下列表示该反应达到平衡状态的标志有

 

（填字母序号）．
A．容器中混合气体的密度不变化    B．CO百分含量保持不变
C．容器中混合气体的压强不变化    D．有1个H-H键生成的同时有 3个C-H键生成
（2）制甲醇所需要的H₂，可用下列反应制取：H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0，某温度下该反应的平衡常数K=1．若起始时c（CO）=1mol?L^-1，c（H₂O）=2mol?L^-1，试回答下列问题：
①该温度下，反应进行一阶段时间后，测得H₂的浓度为0.5mol?L^-1，则此时该反应v（正）

 

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）；
②若反应温度不变，达到平衡后，H₂O的转化率为

 

．
（3）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置．
①该电池工作时，OH^-向

 

极移动（填“a”或“b”）；
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池负极反应的离子方程式为

 

．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①依据热化学方程式和 盖斯定律计算书写热化学方程式；
②根据化学处于平衡时正逆反应速率相等，各组成成分不变，以及有关物理量与平衡移动的关系作判断；
（2）①根据浓度熵和平衡常数K的关系来确定反应的方向，进而确定化学反应速率大小；
②根据三段式计算物质的转化率；
（3）燃料电池的工作原理：电池的负极一定是燃料失电子，发生氧化反应，在正极上一定氧气得电子，发生还原反应，阴离子流向负极．

解答： 解：（1）①a、CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
b、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-571.6kJ/mol；
c、2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
依据盖斯定律计算c+b×2-a×2得到热化学方程式为：2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1527.6KJ/mol；
故答案为：-1527.6KJ/mol；
②A．由于该反应在恒容条件下进行，气体质量守恒，所以密度也不变，故容器中气体的密度不再改变，不能说明反应处于平衡状态，故A错误；
B．CO百分含量保持不变，反应处于平衡状态，说明反应处于平衡状态，故B正确；
C．由于该反应是体积减小的反应，在反应到达平衡的过程中，压强是不断减小，当容器中气体的压强不再改变时，说明反应处于平衡状态，故C正确；
D．有4个H-H键生成的同时有3个C-H键生成，才说明反应处于平衡状态，故D错误；
故选BC；
（2）①H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
初始浓度（mol?L^-1）：2     1       0      0
变化浓度（mol?L^-1）：0.5   0.5    0.5    0.5
末态浓度（mol?L^-1）：1.5   0.5    0.5    0.5
此时浓度熵Qc=

0.5×0.5

1.5×0.5

=

1

3

＜1，即反应会正向进行，正反应速率大于逆反应速率，
故答案为：＞；
②若反应温度不变，达到平衡后，设H₂O的变化浓度为x，
                    H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
初始浓度（mol?L^-1）：2        1        0     0
变化浓度（mol?L^-1）：x        x        x     x
末态浓度（mol?L^-1）：2-x      1-x       x      x
则

x2

(2-x)(1-x)

=1，解得x=

2

3

，所以水的转化率=

2 3

2

×100%≈33.3%；
故答案为：33.3%；
（3）①燃料电池的工作原理：电池的负极一定是燃料失电子，发生氧化反应，在正极上一定氧气得电子，发生还原反应，所以a为正极，b是负极，电解质里的阴离子移向电池的负极，所以该电池工作时，OH^-向b极移动；
故答案为：b；
②电池负极是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，反应的电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题是一道关于化学反应速率、化学平衡以及计算、电化学等知识的综合考查题，考查学生分析和解决问题的能力，难度大．