Question

16．甲醇（CH₃OH）是重要的基础有机原料．
用CO和H₂制甲醇的反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-99kJ•mol^-1

化学键	H-H	C-O	C≡O	H-O	C-H
键能/kJ．mol-1	a	b	x	c	d

的能量变化，计算x=b+c+3d-2a-99．（用含a、b、c、d的代数式表示）
（2）在容积为1L的恒容容器中，分别研究在T₁、T₂、T₃三种温度下合成甲醇的规律．上述三种温度下不同的H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率α（CO）的关系如图1所示：

①T₁、T₂、T₃中，温度最高的是T₃．
②利用图中a点对应的数据，计算该反应在T₂温度下的平衡常数K=4L²•mol^-2．
若改变条件c（填序号），可使K=6L²•mol^-2，
a．增大压强    b增大反应物的浓度
c．降低温度    d．减小$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$
（3）用甲醇作燃料电池，其工作原理如图2所示．
①M区发生反应的电极反应式CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．
②维持电流强度为0.5A，电池工作10分钟，理论上消耗甲醇$\frac{0.5×600}{96500×6}×32$g．（已知F=96500C•mol^-1，写出计算表达式即可）

Answer 1

分析 （1）化学反应的焓变=反应物键能总和-生成物键能总和；
（2）①反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动；
②a点时CO的转化率为50%，可计算各物质的浓度，以此解答平衡常数；化学平衡常数只与温度有关，要改变化学平衡常数只能改变温度；
（3）①原电池工作时，阳离子向正极移动，由氢离子的移动方向可知M为负极，N为正极，负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子；
②电流强度为0.5A，电池工作10min，则电量为0.5A×600s=300C，转移电子的物质的量为$\frac{300C}{96500C/mol}$，根据甲醇和转移电子之间的关系式计算甲醇质量．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-99kJ•mol^-1，△H=x+2a-（3d+b+c）=-99，x=b+c+3d-2a-99，
故答案为：b+c+3d-2a-99；
（2）①反应是放热反应，图象分析可是CO转化率随温度升高减小，则T₃转化率最小，温度应最高，
故答案为：T₃；
②a点时CO的转化率为50%，则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH 
                      起始（mol/L）    1           1.5                0
                      转化（mol/L）    0.5         1                 0.5
                     平衡 （mol/L）  0.5          0.5               0.5
化学平衡常数K=$\frac{0.5}{0.5×0．{5}^{2}}$=4，
化学平衡常数只与温度有关，该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，化学平衡常数减小，要是平衡常数增大，应该降低温度，
故答案为：4；c；
（3）①原电池工作时，阳离子向正极移动，由氢离子的移动方向可知M为负极，N为正极，负极上甲醇失电子生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
②电流强度为0.5A，电池工作10min，则电量为0.5A×600s，转移电子的物质的量为$\frac{0.5A×600s}{96500C/mol}$，根据甲醇和转移电子之间的关系式得甲醇质量=$\frac{\frac{300C}{96500C/mol}}{6}×32g/mol$ $\frac{\frac{0.5A×600s}{96500C/mol}}{6}×32g/mol$=$\frac{0.5×600}{96500×6}×32$g，
故答案为：$\frac{0.5×600}{96500×6}×32$．

点评 本题考查化学平衡计算、外界条件对化学平衡移动影响、原电池原理等知识点，侧重考查学生分析计算及知识灵活应用能力，注意：化学平衡常数只与温度有关，与浓度、压强都无关，题目难度不大．