Question

10．甲醇是一種重要的化工原料．
（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ•mol^-1
寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol．
（2）甲醇與水蒸氣催化重整可獲得清潔能源，具有廣泛的應(yīng)用前景．其反應(yīng)為：
CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=-72.0kJ/mol
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$．
②下列措施中能使平衡時(shí)$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小的是（雙選）CD．
A．加入催化劑                   B．恒容充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂（g）從體系中分離          D．恒容再充入1molH₂O（g）
（3）甲醇可以氧化成甲酸，在常溫下用0.1000mol/L NaOH溶液滴定20.00mL 0.1000mol/L 甲酸溶液過程中，當(dāng)混合液的pH=7時(shí)，所消耗的V（NaOH）＜
（填“＜”或“＞”或“=”） 20.00mL．
（4）利用甲醇燃燒設(shè)計(jì)為燃料電池，如圖所示，則負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（5）合成甲醇的主要反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol原料氣的加工過程中常�；煊幸恍〤O₂，為了研究溫度及CO₂含量對該反應(yīng)的影響，以CO₂、CO和H₂的混合氣體為原料在一定條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表：

CO2%-CO%-H2% （體積分?jǐn)?shù)）	0-30-70			2-28-70			4-26-70			8-22-70
反應(yīng)溫度/℃	225	235	250	225	235	250	225	235	250	225	235	250
生成CH3OH的碳轉(zhuǎn)化率（%）	4.9	8.8	11.0	36.5	50.7	68.3	19.0	33.1	56.5	17.7	33.4	54.4

由表中數(shù)據(jù)可得出多個(gè)結(jié)論．
結(jié)論一：在一定條件下，反應(yīng)溫度越高，生成CH₃OH的碳轉(zhuǎn)化率越高．
結(jié)論二：原料氣含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率，CO₂含量過高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率又降低．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，①-②×4即可得到目標(biāo)方程式，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)熱即可；
（2）①依據(jù)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積比反應(yīng)物的濃度冪之積；
②為使甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，或增加甲醇的物質(zhì)的量；
（3）NaOH和甲酸恰好反應(yīng)時(shí)生成強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液呈堿性，若要呈中性，則甲酸過量；
（4）甲醇?jí)A性燃料電池中，負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，正極上氧氣得電子和水反應(yīng)生成氫氧根離子，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；
（5）由表格分析得出結(jié)論：在一定條件下，反應(yīng)溫度越高，生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率越高；原料氣含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率，CO₂含量過高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率又降低．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，將①-②×4可得：2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=（-1275.6kJ/mol）-（+44.0kJ/mol）×4=-1451.6kJ/mol，所以表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+3/2 O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+3/2 O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol；
（2）①CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H=-72.0kJ/mol，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$，故答案為：K=$\frac{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}$；
②CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)；
A、加入催化劑，平衡向不發(fā)生移動(dòng)，甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值不變，故A錯(cuò)誤；
B、恒容充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，分壓不變，對反應(yīng)物質(zhì)沒有影響，平衡不移動(dòng)，二者比值不變，故B錯(cuò)誤；
C、將H₂（g）從體系中分離，生成物的濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二者比值變大，故C正確；
D、再充入1mol H₂O，平衡向正方向移動(dòng)，甲醇濃度增大，二者比值增大，故D正確．
故答案為：CD；
（3）NaOH和甲酸恰好反應(yīng)時(shí)生成強(qiáng)堿弱酸鹽，溶液呈堿性，若要呈中性，則甲酸過，所以滴定到pH=7時(shí)，V（NaOH）＜20.00ml，故答案為：＜；
（4）甲醇?jí)A性燃料電池中，負(fù)極上甲醇失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成碳酸根離子和水，電極反應(yīng)式為2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，故答案為：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；3O₂+12H₂O+12e^-=12OH^-；
（5）由表格中原料氣各組分含量不同時(shí)反應(yīng)生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率的數(shù)據(jù)可知：反應(yīng)溫度越高，生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率越高；二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為2%時(shí)生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率最高，二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)為20%生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率較低，不含二氧化碳時(shí)生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率最低，因此原料氣含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率，CO₂含量過高生成甲烷的碳轉(zhuǎn)化率又降低，故答案為：越高；原料氣含少量CO₂有利于提高生成甲醇的碳轉(zhuǎn)化率，CO₂含量過高生成甲烷的碳轉(zhuǎn)化率又降低越高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生有關(guān)化學(xué)平衡的有關(guān)知識(shí)，主要是表格中數(shù)據(jù)的收集、分析、處理能力要求頗高，難度較大．