Question

甲醇是一種可再生能源，又是一種重要的化工原料，具有開發(fā)和應用的廣闊前景．工業(yè)上可用如下方法合成甲醇：

方法一	CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
方法二	CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）

（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）?2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
則甲醇不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學反應方程式為

 

（2）方法一生產(chǎn)甲醇是目前工業(yè)上常用的方法．在一定溫度下，向2L密閉容器中充入1molCO和2molH₂，發(fā)生上述反應，5分鐘反應達平衡，此時CO的轉(zhuǎn)化率為80%．請回答下列問題：
①前5分鐘內(nèi)甲醇的平均反應速率為

 

；已知該反應在低溫下能自發(fā)進行，則反應的△H為

 

（填“＞”、“＜”或“=”）0．
②在該溫度下反應的平衡常數(shù)K=

 

．
③某時刻向該平衡體系中加入CO、H₂、CH₃OH各0.2mol后，將使ν_正

 

ν_逆（填“＞”“=”“＜”）．
（3）全釩液流儲能電池是利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應來實現(xiàn)化學能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，其原理如圖所示．
①當左槽溶液逐漸由黃變藍，其電極反應式為

 

．
②充電過程中，右槽溶液顏色變化是

 

．
③若用甲醇燃料電池作為電源對其充電時，若消耗甲醇4.8g時，電路中轉(zhuǎn)移的電量的為

 

（法拉第常數(shù)F=9.65×l0⁴C?mol^-1）．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①反應速率V=

△c

△t

計算得到；自發(fā)進行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0分析判斷；
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算平衡濃度，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
③依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應進行的方向；
（3）①左槽溶液逐漸由黃變藍，VO₂⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應，應為原電池的正極，
②充電過程中，右槽連接電源的負極，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極，電極反應式為V³⁺+e^-=V²⁺，
③若用甲醇燃料電池作為電源對其充電時，若消耗甲醇4.8g時，物質(zhì)的量=

4.8g

32g/mol

=0.15mol，電極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，電子轉(zhuǎn)移0.15mol×6=0.9mol，結合法拉第常數(shù)計算得到．

解答： 解：（1）：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）?2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
由蓋斯定律計算，（①-②-③×4）

1

2

得到甲醇不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學反應方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（2）在一定溫度下，向2L密閉容器中充入1molCO和2molH₂，發(fā)生上述反應，5分鐘反應達平衡，此時CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.5        1          0  
變化量（mol/L）  0.4       0.8         0.4
平衡量（mol/L） 0.1        0.2        0.4
①前5分鐘內(nèi)甲醇的平均反應速率=

0.4mol/L

5min

=0.08mol/L?min；已知該反應在低溫下能自發(fā)進行，△H-T△S＜0，反應△S＜0，則△H＜0；
故答案為：0.08mol/（L?min）；＜；
②K=

0.4

0.1×0．22

=100，故答案為：100；
③某時刻向該平衡體系中加入CO、H₂、CH₃OH各0.2mol后，濃度商Q=

0.2

0.2×0．22

=25＜100，反應正向進行，V_正＞V_逆，故答案為：＞；
（3）①當左槽溶液逐漸由黃變藍，其電極反應式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，說明此時為原電池，且為原電池的正極，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
②充電過程中，右槽連接的是電源負極，為電解池的陰極，電極反應式為V³⁺+e^-=V²⁺，V³⁺為綠色，V²⁺為紫色，故可以看到右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙��?br />故答案為：由綠色變?yōu)樽仙��?br />③若用甲醇燃料電池作為電源對其充電時，若消耗甲醇4.8g時，物質(zhì)的量=

4.8g

32g/mol

=0.15mol，電極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，電子轉(zhuǎn)移0.15mol×6=0.9mol，電路中轉(zhuǎn)移的電量的=9.65×l0⁴C?mol^-1 ×0.9mol=8.685×10⁴C，
故答案為：8.685×10⁴C．

點評：本題考查了熱化學方程式書寫方法，化學平衡影響因素分析，平衡計算理解應用，平衡常數(shù)、反應速率概念的計算分析，電解池中，與電源正極相連為陽極，發(fā)生氧化反應，失去電子，與電源負極相連的陰極，發(fā)生還原反應，得到電子，并且根據(jù)得失電子守恒計算，題目難度中等．