Question

（2013?汕尾二模）能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是

Ⅰ

（填“I”或“Ⅱ”）．
②下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)I在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁

＜

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

80%

，此時(shí)的溫度為

250℃

（從上表中選擇）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ∕mol

（3）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的電池裝置．
①該電池正極的電極反應(yīng)為

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-

．
②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，該電池總反應(yīng)的化學(xué)方程式為

2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）①原子經(jīng)濟(jì)性原則指的是原子利用率高的反應(yīng)；
②對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高則平衡常數(shù)越小；
③根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率和化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)而確定反應(yīng)的溫度；
（2）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變，書寫熱化學(xué)方程式；
（3）極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，總反應(yīng)是燃料燃燒的反應(yīng)．

解答：解：（1）①原子經(jīng)濟(jì)性原則指的是原子利用率高的反應(yīng)，Ⅰ是化合反應(yīng)，原子利用率高達(dá)100%，故答案為：Ⅰ；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出，溫度越高則平衡常數(shù)越小，可以確定該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：＜；
③設(shè)一氧化碳的變化量為x，則
                   CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度（mol/L）    1        3         0 
變化濃度（mol/L）   0.8      1.6        0.8
平衡濃度（mol/L）   0.2      2.4        0.8
則CO的轉(zhuǎn)化率=

0.8

1

×100%=80%，平衡常數(shù)K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

=

0.8

0.2×2．42

=2.041，所以該反應(yīng)的溫度為250℃，
故答案為：80%；250℃；
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）和反應(yīng)①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol，②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol，③H₂O（g）=H₂O（l）
△H=-44.0kJ/mol之間的關(guān)系為：①×

1

2

-②×

1

2

+2×③=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ∕mol；
（3）①在燃料電池中，正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，即O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
 ②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，說明氫氧根離子被消耗，在在燃料電池中，總反應(yīng)是燃料燃燒的反應(yīng)，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道涉及電化學(xué)、熱化學(xué)、化學(xué)平衡知識(shí)的綜合題目，考查角度廣，難度大．