Question

甲醇合成反应及其能量变化如图a所示：

（1）写出合成甲醇的热化学方程式

 

．
（2）实验室在1L的密闭容器中进行模拟合成实验．将1mol CO和2mol H₂通入容器中，分别恒温在300℃和500℃反应，每隔一段时间测得容器内CH₃OH的浓度如下表所示：

时间浓度（mol/L）温度	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300℃反应开始10min内，H₂的平均反应速率为v（H₂）=

 

．
（3）在500℃达到平衡时，平衡常数K=

 

．
（4）在另一体积不变的密闭容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定条件下达到平衡，测得容器中压强为起始压强的一半．计算该条件下H₂的转化率为

 

．
（5）铜基催化剂具有活性高、选择性好和条件温和的特点，已广泛地使用于CO/CO₂的加氢合成甲醇．使用铜基催化剂后，该反应中a的大小变化对反应热△H有无影响，

 

．
（6）2009年，长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术上获得新突破，原理如图b所示．请写出从C口通入O₂发生的电极反应式

 

．
（7）用上述电池做电源，用图c装置电解饱和食盐水（C₁、C₂均为石墨电极）．
①该反应的离子方程式

 

．
②电解开始后在电极

 

的周围（填“C₁”或“C₂”）先出现红色．

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

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）依据图象分析，反应物的能量高于生成物，反应是放热，反应的焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的热量计算得到，依据热化学方程式的书写方法写出；
（2）依据化学反应速率的概念计算，化学反应速率等于单位时间内物质浓度的变化计算得到，计算甲醇的反应速率，依据速率之比等于化学方程式系数之比；
（3）依据图表数据依据平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
（4）依据化学平衡三段式列式计算；
（5）催化剂改变化学反应速率，不改变化学平衡；
（6）在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，发生失电子的氧化反应，氧气作正极，发生得电子的还原反应；
（7）①电解饱和食盐水时，反应物为氯化钠和水，生成物为氢氧化钠、氢气和氯气，据此写出反应的离子方程式；
②电解过程中，阳极氯离子失去生成氯气，阴极水电离的氢离子得到电子生成氢气，同时产生氢氧根离子．

解答： 解：（1）图象分析，反应物的能量高于生成物，反应是放热，反应的焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的热量计算得到，反应的焓变△H=（a-b）KJ/mol，a＜b，所以△H=-（b-a）KJ/mol，反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
故答案为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
（2）在300℃反应开始10min内，甲醇的反应速率=

0.40mol/L

10min

=0.04mol/（L?min），H₂的平均反应速率为v（H₂）=2V（CH₃OH）=0.08mol/（L?min）；
故答案为：0.08mol/（L?min）；
（3）依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，500°C反应进行到40min反应达到平衡；
                   CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     1      2       0
变化量（mol/L）     0.8    1.6     0.8
平衡量（mol/L）    0.2     0.4    0.8
平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.8mol/L

0.2mol/L(0.4mol/L)2

=25（L/mol）²；
故答案为：25；
（4）在另一体积不变的密闭容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定条件下达到平衡，测得容器中压强为起始压强的一半，依据化学三段式计算，设反应的氢气物质的量为x，则得到：
               CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1.2   2.0       0
变化量（mol/L） 0.5x   x       0.5x
平衡量（mol/L）1.2-0.5x 2.0-x   0.5x
压强之比等于物质的量之比，（1.2-0.5x）+（ 2.0-x）+0.5x=

1.2+2.0

2

，解得x=1.6mol；
该条件下H₂的转化率为=

1.6mol

2.0mol

×100%=80%；
故答案为：80%；
（5）反应中的a是反应的活化能，影响因素是催化剂，催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，所以对反应热的影响无关；
故答案为：无影响；
（6）原电池正极得到电子发生还原反应，该原电池中正极氧气得电子发生还原反应，其电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（7）①电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气，反应的离子方程式为：2Cl^-+2H₂O

通电  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案为：2Cl^-+2H₂O

通电  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；    
②电解反应中，阴极水电离的氢离子得到电子生成氢气，同时产生了氢氧根离子，所以在阴极C₂ （连接电源负极的电极）先变红，
故答案为：C₂．

点评：本题考查了热化学方程式的焓变计算，图象分析，化学平衡计算方法，平衡常数的概念应用以及电化学知识，题目难度中等．