Question

甲醇是一种优质的液体燃料，CO和CO₂均可用于合成甲醇．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
（1）已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂ 2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃
则　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）　的△H=

 

．

（2）由CO合成甲醇时，CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示．该反应△H

 

0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是

 

．
（3）一定温度下，向2L密闭容器中加入1mol CH₃OH （g），发生反应：CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），H₂物质的量随时间的变化如图2所示．0～2min内的平均反应速率v（CH₃OH）=

 

．该温度下，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数K=

 

．相同温度下，若开始加入CH₃OH（g）的物质的量是原来的2倍，则

 

是原来的2倍．
a．平衡常数   b．CH₃OH的平衡浓度   c．达到平衡的时间  d．平衡时气体的密度
（4）以CH₃OH为燃料（以KOH溶液作电解质溶液）可制成CH₃OH燃料电池．
①充入CH₃OH的电极为

 

极；
②负极反应的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,电极反应和电池反应方程式,化学电源新型电池,化学平衡的计算

专题：常规题型,化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）有关盖斯定律的习题，首先要根据所求的反应分析，分析以下几点：
1、所求反应中的反应物在哪个反应了？是反应物还是生成物？
2、所给反应中哪些物质是所求反应中没有的？
3、如何才能去掉无用的？然后，通过相互加减，去掉无关物质．
（2）从横坐标上一点，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动；
（3）求化学反应速率习题，就是知二求一类型，知道△v和△t求速率．化学平衡常数是考试的热点，应注意，概念明确、计算准确、单位正确．
 （4）电极反应式的书写：特别是燃料电池，先写出电池反应，就是燃料燃烧的方程式去掉反应条件．如果燃料含碳，注意生成的CO₂会和碱溶液反应CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O，两方程式相加去掉CO₂，可得总方程式．再写正极反应式：一定是氧气反应，一般考虑两步：一、若为水溶液时，考虑电解质溶液的酸碱性酸性：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，碱性：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-二、熔融盐作电解质溶液，具体情况具体分析．用电池反应方程式减去正极的电极反应方程式就是负极的．

解答： 解：（1）根据上述分析，所求反应　CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），没有了CO₂、O₂、H₂O，设法将其去掉就行．
将反应二2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂ 除以2与反应一CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁相加，约掉相同的，得到：CO（g）+

1

2

 O₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），去掉了 CO₂，
再去掉 O₂ 和 H₂O，
将反应三2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃除以2后，将反应物与生成物互换，即是其逆反应，H₂O（g）═H₂（g）+

1

2

O₂（g）-

1

2

△H₃与上面得到的方程式相加，就得到所求的方程式，代入所对应△H．
故答案为：（1）△H₁+

1

2

△H₂-

1

2

△H₃；
  （2）从横坐标上一点0.5处，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．
第二问：工业生产要考虑速经济效益，要考虑速度和效率，压强越大需要的条件越高，花费越大．
故答案为：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失；
（3）据图象可求出H₂的化学反应速率，再据化学反应中用各物质表示的速率之比等于系数之比，可求得第一问．据三段式法求得平衡时各物质的浓度，
                  CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反应前浓度（mol/L ）0.5        0       0
反应的浓度（mol/L ）0.25      0.25    0.5
反应的浓度（mol/L ）0.25      0.25    0.5
代入公式K=

0.5×0.5×0.25

0.25

=0.25，求得该反应的化学平衡常数为0.25（mol?L）²．所求反应的K，是该反应的逆反应，所以系数是其倒数．
体积不变的容器中，反应物与生成物全是气体，质量加倍，故密度加倍，
故答案为：0.125mol?L^-1?min^-1； 4 L²?mol^-2； d；
（4）据上述分析，写出电池反应方程式，
2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O
其中CO₂能和电解质溶液反应，CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O
为约掉CO₂，将CO₂+2OH^-=CO₃^2-+H₂O乘以2，得2CO₂+4OH^-=2CO₃^2-+2H₂O
与2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O 相加得到总电池反应方程式2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O
正极反应方程式，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^- 用电池反应方程式减去正极，得到负极．
故答案为：①负；
 ②CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题是一道很好的综合试题，适合当前的高考思路，综合性强．同时考查了学生的识图能力．这是学生必备的能力．