Question

6．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．請回答下列與甲醇有關(guān)的問題．
（1）甲醇分子是極性分子（填“極性”或“非極性”）．
（2）工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-86.6KJ/mol，在T℃時，往一個體積固定為1L的密閉容器中加入1mol CO和2mol H₂，反應(yīng)達到平衡時，容器內(nèi)的壓強是開始時的3/5．
①達到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為60%
②下列選項能判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有CE
A．2v（H₂）=v（CH₃OH）          B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率
C．容器內(nèi)的壓強保持不變      D．混合氣體的密度保持不變
E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
則CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）△H=$\frac{1}{2}$（b-a-4c）kJ•mol^-1
（4）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機電池，可使手機連續(xù)使用一個月才充一次電．
①該電池負極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②若以該電池為電源，用石墨做電極電解200mL含有如下離子的溶液．

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol•L-1	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體時（忽略溶液體積的變化及電極產(chǎn)物可能存在的溶解現(xiàn)象）陽極上收集到氧氣的質(zhì)量為3.2g．

Answer 1

分析 （1）甲醇分子結(jié)構(gòu)不對稱，分子中正負電荷正向不重合；
（2）①恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，計算平衡時混合氣體物質(zhì)的量，再利用差量法計算
參加反應(yīng)CO物質(zhì)的量，進而計算CO的轉(zhuǎn)化率；
②可逆反應(yīng)到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（3）根據(jù)蓋斯定律，（①-②+③×4）÷2可得：CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）；
（4）①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
②溶液中n（Cu²⁺）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，n（H⁺）=0.2L×2mol/L=0.4mol，c（Cl^-）=0.2L×2mol/L=0.4mol，
開始階段，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，陽極電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體，且陽極生成氧氣，則陰極還發(fā)生反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極還發(fā)生：4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，陽極生成氯氣為0.2mol，假設(shè)氧氣為xmol，則氫氣為（x+0.2）mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒列方程計算解答．

解答 解：（1）甲醇分子結(jié)構(gòu)不對稱，分子中正負電荷正向不重合，屬于極性分子，
故答案為：極性；
（2）①恒溫恒容下，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，平衡時混合氣體物質(zhì)的量為（1mol+2mol）×$\frac{3}{5}$=1.8mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）物質(zhì)的量減小
1                            2
0.6mol                    3mol-1.8mol=1.2mol
則CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案為：60%；
②A．未指明正逆速率，不能說明到達平衡，若分別表示正逆速率，反應(yīng)到達平衡，故A錯誤；
 B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進行，故B錯誤；
C．隨反應(yīng)進行混合氣體物質(zhì)的量變化，恒溫恒容下，容器內(nèi)的壓強發(fā)生變化，若容器內(nèi)壓強保持不變，說明反應(yīng)到達平衡，故C正確；
D．混合氣體總質(zhì)量不變，容器的容積不變，混合氣體的密度始終保持不變，故D錯誤；
E．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進行混合氣體物質(zhì)的量變化，則平均相對分子質(zhì)量發(fā)生變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化，說明反應(yīng)到達平衡，故E正確，
故選：CE；
（3）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，（①-②+③×4）÷2可得：CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1），△H=$\frac{1}{2}$[-a-（-b）-4c]kJ/mol=$\frac{1}{2}$（b-a-4c）kJ/mol，
故答案為：$\frac{1}{2}$（b-a-4c）；
（4）①原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②溶液中n（Cu²⁺）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，n（H⁺）=0.2L×2mol/L=0.4mol，c（Cl^-）=0.2L×2mol/L=0.4mol，
開始階段，陰極電極反應(yīng)為：Cu²⁺+2e^-=Cu，陽極電極反應(yīng)為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時間后，當兩極收集到相同體積（相同條件）的氣體，且陽極生成氧氣，則陰極還發(fā)生反應(yīng)：2H⁺+2e^-=H₂↑，陽極還發(fā)生：4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，陽極生成氯氣為0.2mol，假設(shè)氧氣為xmol，則氫氣為（x+0.2）mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則0.1mol×2+（x+0.2）mol×2=0.2mol×2+xmol×4，解得x=0.1，故收集氧氣的質(zhì)量為0.1mol×32g/mol=3.2g，
故答案為：3.2g．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、蓋斯定律應(yīng)用、電解原理及有關(guān)計算等，是對學(xué)生綜合能力的考查，難度中等．