Question

9．甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料，在工業(yè)上常用CO和H₂合成甲醇，反應(yīng)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
已知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol
回答下列問題：
（1）計(jì)算CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反應(yīng)熱△H₄=-574.4KJ/mol．
（2）若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1mol CO、2mol H₂，發(fā)生CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反應(yīng)，下列示意圖（a-d）正確且能說明反應(yīng)在進(jìn)行到t₁時(shí)刻為平衡狀態(tài)的是d（填選項(xiàng)字母）．

（3）T₁℃時(shí)，在一個(gè)體積為5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H₂，經(jīng)過5min達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，則5min內(nèi)用H₂表示的反應(yīng)速率為v（H₂）=0.064mol/（L•min）．T₁℃時(shí)，在另一體積不變的密閉容器中也充入1mol CO、2mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.7，則該容器的體積＞5L（填“＞”“＜”或“=”）；T₁℃時(shí)，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=625．
（4）在T₁℃時(shí)，在體積為5L的恒容容器中充入一定量的H₂和CO，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)與n（H₂）/n（CO）的關(guān)系如圖e所示．溫度不變，當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2.5時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)可能是圖象中的F點(diǎn)．
（5）為了提高燃料的利用率可以將甲醇設(shè)計(jì)為燃料電池，寫出KOH作電解質(zhì)溶液時(shí)，甲醇燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O．該電池負(fù)極與水庫(kù)的鐵閘相連時(shí)，可以保護(hù)鐵閘不被腐蝕，這種電化學(xué)保護(hù)方法叫做外加電源的陰極保護(hù)法．
（6）含有甲醇的廢水隨意排放會(huì)造成水污染，可用ClO₂將其氧化為CO₂，然后再加堿中和即可．寫出處理甲醇酸性廢水過程中，ClO₂與甲醇反應(yīng)的離子方程式：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算，計(jì)算①+②×2-③得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的熱化學(xué)方程式；
（2）a、圖1表示t1時(shí)刻如果達(dá)平衡，正反應(yīng)速率不變；
b、平衡常數(shù)不變，說明體系的溫度不變，而在絕熱的體系中；
c、一氧化碳與甲醇的物質(zhì)的量相等；
d、一氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，說明各物質(zhì)的質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）結(jié)合化學(xué)三行計(jì)算列式計(jì)算，反應(yīng)速率為v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$，氣體物質(zhì)的量之比等于氣體體積之比，平衡常數(shù)隨溫度變化，K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（4）當(dāng)容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成物的體積分?jǐn)?shù)最大，所以當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$小于2，平衡時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$大于2，平衡時(shí)甲醇體積分?jǐn)?shù)減小；
（5）燃料原電池中，燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)為負(fù)極，通入氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)為正極，電解池中陰極被保護(hù)；
（6）根據(jù)信息：二氧化氯和甲醇反應(yīng)，生成Cl^-、CO₂和水₂，配平方程式即可；

解答 解：（1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol
蓋斯定律計(jì)算①+②×2-③，得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₄=-574.4KJ/mol，
故答案為：-574.4KJ/mol；
（2）a、圖1表示t1時(shí)刻如果達(dá)平衡，正反應(yīng)速率不變，而不是隨時(shí)間間改變而減小，故a錯(cuò)誤；
b、充入1molCO、2molH₂，生成生成物甲醇，放出熱量，反應(yīng)體系的溫度升高，K減小，而不是增大，故b錯(cuò)誤；
c、一氧化碳與甲醇的物質(zhì)的量相等，而不是平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d、隨著反應(yīng)的進(jìn)行，一氧化碳的質(zhì)量減小，一氧化碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，說明各物質(zhì)的質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確；
故選d，
故答案為：d；
（3）T₁℃時(shí)，在一個(gè)體積為5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H₂，經(jīng)過5min達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，化學(xué)三行計(jì)算列式得到，
                              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     0.2           0.4                 0
變化量（mol/L）    0.16         0.32              0.16
平衡量（mol/L）   0.04          0.08              0.16
則5min內(nèi)用H₂表示的反應(yīng)速率為v（H₂）=$\frac{0.32mol/L}{5min}$=0.064mol/（L•min），
溫度不變，T₁℃時(shí)，在另一體積不變的密閉容器中也充入1mol CO、2mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.7，轉(zhuǎn)化率減小說明平衡左移，體積增大，T₁℃時(shí)，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{0.16}{0.04×0.0{8}^{2}}$=625，
故答案為：0.064mol/（L•min）；＞；625；
（4）當(dāng)容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成物的體積分?jǐn)?shù)最大，所以當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$小于2，平衡時(shí)甲醇的體積分?jǐn)?shù)逐漸增大，當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$大于2，平衡時(shí)甲醇體積分?jǐn)?shù)減小，所以C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的甲醇的體積分?jǐn)?shù)最大，當(dāng)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2.5時(shí)，平衡時(shí)甲醇體積分?jǐn)?shù)會(huì)降低，應(yīng)選F點(diǎn)，
故答案為：F；
（5）燃料原電池中，甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以通入燃料甲醇的電極為負(fù)極，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，該電池負(fù)極與水庫(kù)的鐵閘相連時(shí)，可以保護(hù)鐵閘不被腐蝕，是利用鐵閘做電解池陰極被保護(hù)，名稱為：外加電源的陰極保護(hù)法，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；外加電源的陰極保護(hù)法；
（6）根據(jù)信息：二氧化氯和甲醇反應(yīng)，生成Cl^-、CO₂和水₂，所以反應(yīng)方程式為：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O，
故答案為：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O；

點(diǎn)評(píng) 本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡影響因素分析、原電池和電解原理的分析應(yīng)用等，比較綜合，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生的分析能力和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力．