Question

甲醇的研究成為當代社會的熱點．

Ⅰ．甲醇燃料電池（DNFC）被認為是21世紀電動汽車最佳候選動力源．

（1）101kP  a時，1mol CH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51kJ/mol，則甲醇燃燒的熱化學方程式為   ．

（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是：

①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^﹣1

②CH₃OH（g）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂

已知H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）△H=﹣241.8kJ•mol^﹣1

則反應(yīng)②的△H₂=    kJ•mol^﹣1．

（3）甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1．甲醇進入   極（填“正”或“負”），正極發(fā)生的電極反應(yīng)為   ．負極發(fā)生的電極反應(yīng)為    ．

Ⅱ．一定條件下，在體積為3L的密閉容器中反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）達到化學平衡狀態(tài)．

（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=   ；根據(jù)圖2，升高溫度，K值將   （填“增大”、“減小”或“不變”）．

（2）500℃時，從反應(yīng)開始到達到化學平衡，以H₂的濃度變化表示的化學反應(yīng)速率是    mol•L^﹣1•min^﹣1（用n_B、t_B表示）．

（3）判斷該可逆反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的標志是   （填字母）．

a．v_生成（CH₃OH）=v_消耗（CO）         b．混合氣體的密度不再改變

c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變 d．CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化

（4）300℃時，將容器的容積壓縮到原來的，在其他條件不變的情況下，對平衡體系產(chǎn)生的影響是   （填字母）．

a．c（H₂）減少                   b．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢

c．CH₃OH 的物質(zhì)的量增加          d．重新平衡時減�。�

Answer 1

考點：熱化學方程式；化學平衡狀態(tài)的判斷；化學平衡的計算．

分析：Ⅰ．（1）依據(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，題干所給量結(jié)合熱化學方程式書寫方法，標注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)焓變；

（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^﹣1、③H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）△H=﹣241.8kJ•mol^﹣1，①+③得到反應(yīng)②；

（3）甲醇燃料電池中，甲醇為負極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^﹣═2H₂O；

Ⅱ．（1）根據(jù)化學平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，列出平衡常數(shù)的表達式；根據(jù)升高溫度乙醇的物質(zhì)的量減小，平衡逆向移動，判斷平衡常數(shù)的變化；

（2）根據(jù)化學反應(yīng)速率是υ（H₂）=2υ（CH₃OH）計算；

（3）達到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，CO、H₂、CH₃OH的濃度不再改變；

（4）將容器的容積壓縮到原來的，壓強增大，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，以此判斷．

解答：  解：Ⅰ．（1）在25℃、101kPa下，1mol CH₃OH液體完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放出熱量726.51kJ，則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=﹣725.76kJ•mol^﹣1，

故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=﹣725.76kJ•mol^﹣1；

（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^﹣1、③H₂（g）+O₂（g）═H₂O（g）△H=﹣241.8kJ•mol^﹣1，①+③得到反應(yīng)②，則△H₂=+49.0kJ•mol^﹣1+（﹣241.8kJ•mol^﹣1）=﹣192.8kJ•mol^﹣1，故答案為：﹣192.8；

（3）甲醇燃料電池中，甲醇中C元素的化合價升高，則甲醇為負極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^﹣═2H₂O，負極是甲醇在酸溶液中失電子生成二氧化碳，結(jié)合電荷守恒寫出電極反應(yīng)為：CH₃OH+H₂O﹣6e^﹣═6H⁺+CO₂，

故答案為：負；O₂+4H⁺+4e^﹣═2H₂O；CH₃OH+H₂O﹣6e^﹣═6H⁺+CO₂；

Ⅱ．（1）化學平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，反應(yīng)物的生成物都是氣體，故平衡常數(shù)表達式為K=，由圖象可知升高溫度乙醇的物質(zhì)的量減少，平衡向逆反應(yīng)方向移動，K減小，故答案為：；減小；

（2）υ（CH₃OH）=mol/（L．min），故υ（H₂）=2υ（CH₃OH）=mol/（L．min），故答案為：mol/（L．min）；

（3）達到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，CO、H₂、CH₃OH的濃度不再改變，在體積不變時，氣體的密度不變，不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故答案為：c、d；

（4）將容器的容積壓縮到原來的，壓強增大，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，CH₃OH的物質(zhì)的量增加，氫氣的物質(zhì)的量減少，但濃度增大，甲醇的物質(zhì)的量增多，故有c（H₂）/c（CH₃OH）減小，故答案為：cd．

點評：本題考查化學平衡的影響因素和化學平衡的標志等問題，題目難度中等，注意外界條件對化學平衡移動的影響以及平衡狀態(tài)的判斷角度．