Question

開(kāi)發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”，正成為科學(xué)家研究的主要課題．氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池．

（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=﹣1275.6kJ/mol

②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=﹣566.0kJ/mol

③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=﹣44.0kJ/mol

寫(xiě)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：    ．

（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂來(lái)源于：CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）△H＞0

①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖a．則T_l  T₂（填“＜”、“＞”、“=”，下同）；A、B、C三點(diǎn)處對(duì)應(yīng)平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小關(guān)系為   ．

②100℃時(shí)，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為1L的定容密封容器中，發(fā)生反應(yīng)，能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是   ．

a．容器內(nèi)氣體密度恒定

b．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時(shí)生成0.3mol H₂

c．容器的壓強(qiáng)恒定

d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）

如果達(dá)到平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.25．

（3）某實(shí)驗(yàn)小組利用CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）設(shè)計(jì)成如圖b所示的電池裝置，則該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為   

Answer 1

考點(diǎn)：  化學(xué)平衡的影響因素；用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算；化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷；化學(xué)平衡的計(jì)算．

專(zhuān)題：  化學(xué)反應(yīng)中的能量變化；化學(xué)平衡專(zhuān)題．

分析：  （1）根據(jù)蓋斯定律書(shū)寫(xiě)目標(biāo)熱化學(xué)方程式；

（2）①正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，壓強(qiáng)一定時(shí)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，據(jù)此判斷溫度大��；

平衡常數(shù)只受溫度影響，處于等溫線上各點(diǎn)平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度T₂條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進(jìn)行的程度更大；

②達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，百分含量不變，以及由此衍生其它一些物理量不變，據(jù)此結(jié)合選項(xiàng)判斷；

利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．

（3）CO發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水．

解答：  解：（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=﹣1275.6kJ/mol

②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=﹣566.0kJ/mol

③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=﹣44.0kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，①×﹣②×+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=﹣442.8 kJ•mol^﹣1，

故答案為：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=﹣442.8 kJ•mol^﹣1；

（2）①由圖開(kāi)始，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度T₂的轉(zhuǎn)化率較大，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，故溫度T_l＜T₂；

平衡常數(shù)只受溫度影響，B、C處于等溫線上，平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度T₂條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進(jìn)行的程度更大，比溫度T₁時(shí)的平衡常數(shù)大，故平衡常數(shù)K_C=K_B＞K_A，

故答案為：＜；K_C=K_B＞K_A；

②a．100℃時(shí)，反應(yīng)混合物都是氣體，混合氣體總質(zhì)量不變，容器的容積不變，容器內(nèi)氣體密度始終不變，不能說(shuō)明得到平衡，故a錯(cuò)誤；

b．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時(shí)生成0.3molH₂，反應(yīng)始終按此比例進(jìn)行，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，故b錯(cuò)誤；

c．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量增大，容器容積不變，壓強(qiáng)增大，當(dāng)容器的壓強(qiáng)恒定時(shí)，說(shuō)明到達(dá)平衡，故c正確；

d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物質(zhì)的正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，反應(yīng)到達(dá)平衡，故d正確，

故答案為：cd；

平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化為0.5，則甲烷的濃度變化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，

            CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）

開(kāi)始（mol/L）：1       2        0       0

變化（mol/L）：0.5     0.5      0.5     1.5 

平衡（mol/L）：0.5    1.5       0.5    1.5

故平衡常數(shù)k==2.25，

故答案為：cd；2.25；

（3）CO發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CO﹣2e^﹣+4OH^﹣=CO₃^2﹣+2H₂O，

故答案為：CO﹣2e^﹣+4OH^﹣=CO₃^2﹣+2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：  本題比較綜合，難度中等，涉及熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡圖象及影響因素、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、原電池等，（3）可以用總反應(yīng)式減去正極電極反應(yīng)式得負(fù)極電極反應(yīng)式．