Question

甲醇（CH₃OH）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：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反应II：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
①反应I的平衡常数表达式为K=

 

．
②下表所列数据是反应Ⅱ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△H₂

 

0，△S

 

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^-1，则CO的转化率为

 

．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
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）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该电池中OH-向

 

极移动（填“正”或“负”）
②该电池负极的电极反应为

 

．
③用该电池电解（惰性电极）500mL某CuSO₄溶液，电解一段时间后，为使电解质溶液恢复到原状态，需要向溶液中加入9.8g Cu（OH）₂固体．则原CuSO₄溶液的物质的量浓度为

 

 mol?L^-1（假设电解前后溶液体积不变）．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,热化学方程式,化学电源新型电池,电解原理

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①依据化学方程式和平衡常数概念书写，平衡常数K=

生成物平衡浓度幂次方乘积

反应物平衡浓度幂次方乘积

；
②分析图表数据，平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应为放热反应，反应前后气体体积减小是熵减小的反应；
③依据化学平衡三段式列式计算，转化率=

消耗量

起始量

×100%；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）①原电池中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动；
②该燃料电池中，通入甲醇的电极是分解、通入氧气的电极是正极，负极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O、正极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
③加入9.8g Cu（OH）₂固体能使电解质溶液恢复原状，n[Cu（OH）₂]=

9.8g

98g/mol

=0.1mol，相当于加入0.1molCuO和0.1molH₂O，根据Cu原子守恒计算硫酸铜的物质的量浓度，根据O原子守恒、H原子守恒计算生成气体体积．

解答： （1）①反应I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应的平衡常数K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；
故答案为：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；
②图表数据，平衡常数随温度升高减小，说明平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H₂＜0；反应前后气体体积减小是熵减小的反应，△S＜0；
故答案为：＜，＜；
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^-1，物质的量=0.2mol?L^-1 ×2L=0.4mol；
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  2       6         0
变化量（mol）  1.6     3.2        1.6
平衡量（mol）  0.4     2.8        1.6
则CO的转化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%；
故答案为：80%；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算，由盖斯定律，①-②+③×4得：
2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
所以其热化学反应方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（3）①原电池中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动，所以氢氧根离子向负极移动，故答案为：负；
②该燃料电池中，通入甲醇的电极是分解、通入氧气的电极是正极，负极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O、正极反应式为O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
③加入9.8g Cu（OH）₂固体能使电解质溶液恢复原状，n[Cu（OH）₂]=

9.8g

98g/mol

=0.1mol，相当于加入0.1molCuO和0.1molH₂O，根据Cu原子守恒得n（CuSO₄）=n[Cu（OH）₂]=0.1mol，则C（CuSO₄）=

0.1mol

0.5L

=0.2mol/L，
故答案为：0.2mol/L；

点评：本题考查化学平衡常数概念计算，化学平衡计算方法，热化学方程式和盖斯定律计算应用，原电池和电解池原理，侧重考查学生分析问题及计算能力，掌握基础是关键，题目难度中等．