Question

1．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．工業(yè)上一般采用下列反應合成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）下表所列數(shù)據(jù)是反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	3.041	1.000	0.120

由表中數(shù)據(jù)判斷△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”），化學平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）300℃時，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經過20s 達到平衡狀態(tài)，
①計算20s內CO的反應速率為0.025mol/（L•s），此時容器中甲醇的體積分數(shù)為25%；
②若向上述平衡體系中同時加入1mol CO，2mol H₂和1mol CH₃OH氣體，平衡移動情況是向右
（填“向右”、“向左”或“不移動”），原因是若向上述平衡體系中同時加入1molCO，2molH₂和1molCH₃OH氣體，此時濃度c（CO）=0.5mol/L+$\frac{1}{2}$mol/L=1mol/L，n（H₂）=2（1-0.5）mol/L+$\frac{2mol}{2L}$=2mol/L，c（CH₃OH）=0.5mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=1mol/L，此時濃度上海Qc=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25＜K=1，平衡向右移動；
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5KJ/mol；
（4）甲醇，氧氣可制作燃料電池，寫出以氫氧化鉀為電解質甲醇燃料電池負極反應式CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；如圖，電解KI溶液制碘，在粗試管中加入飽和的KI溶液，然后再加入苯，插入一根石墨電極和一根鐵電極，使用該燃料電池做電源，鐵電極與負極（填正或負）相連接，通電一段時間后，斷開電源，振蕩試管，上層溶液為紫紅色，當有1.27g 碘單質生成時，需要0.053g CH₃OH．

Answer 1

分析 （1）圖表中平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷，升溫平衡向吸熱反應方向進行．平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）300℃時，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經過20s 達到平衡狀態(tài)，結合化學平衡三行計算列式計算，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，根據(jù)平衡氣體物質的量和甲醇物質的量計算體積分數(shù)；
①300℃時，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經過20s 達到平衡狀態(tài)，結合化學平衡三行計算列式計算，300℃時平衡常數(shù)=1，設CO消耗濃度x，
                            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   1              2                   0
變化量（mol/L）   x             2x                  x
平衡量（mol/L）1-x           2-2x                  x
據(jù)此計算CO的反應速率，容器中甲醇的體積分數(shù)；
②計算此時濃度商和平衡常數(shù)比較放心判斷反應進行的方向；
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到縮小熱化學方程式；
（4）甲醇燃料電池中，負極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，電解KI溶液制碘，在粗試管中加入飽和的KI溶液，然后再加入苯，插入一根石墨電極和一根鐵電極，使用該燃料電池做電源，鐵電極與電源負極相連，通電一段時間后，斷開電源，振蕩試管，碘單質溶于苯，上層溶液為紫紅色，當有1.27g 碘單質生成時，需要甲醇質量可以依據(jù)電極反應中的電子守恒計算得到．

解答 解：（1）隨溫度升高平衡常數(shù)減小，升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應，△H＜0，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：＜；$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）①300℃時，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經過20s 達到平衡狀態(tài)，結合化學平衡三行計算列式計算，300℃時平衡常數(shù)=1，設CO消耗濃度x，
                            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）   1              2                   0
變化量（mol/L）   x             2x                  x
平衡量（mol/L）1-x           2-2x                  x
$\frac{x}{（1-x）（2-2x）^{2}}$=1
x=0.5mol/L，
20s內CO的反應速率=$\frac{0.5mol/L}{20s}$=0.025mol/（L•s），
此時容器中甲醇的體積分數(shù)=$\frac{0.5}{3-2×0.5}$×100%=25%，
②若向上述平衡體系中同時加入1mol CO，2mol H₂和1mol CH₃OH氣體，此時濃度c（CO）=0.5mol/L+$\frac{1}{2}$mol/L=1mol/L，n（H₂）=2（1-0.5）mol/L+$\frac{2mol}{2L}$=2mol/L，c（CH₃OH）=0.5mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=1mol/L，
計算此時濃度上海Qc=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25＜K=1，反應正向進行，平衡移動情況是向右，
故答案為：0.025mol/（L•s）；25%；向右；若向上述平衡體系中同時加入1mol CO，2mol H₂和1mol CH₃OH氣體，此時濃度c（CO）=0.5mol/L+$\frac{1}{2}$mol/L=1mol/L，n（H₂）=2（1-0.5）mol/L+$\frac{2mol}{2L}$=2mol/L，c（CH₃OH）=0.5mol/L+$\frac{1mol}{2L}$=1mol/L，計算此時濃度上海Qc=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25＜K=1，平衡向右移動；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1277.0kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44kJ/mol，
蓋斯定律計算得到：（　�。�①-②+4×③）×$\frac{1}{2}$寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5KJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5KJ/mol；
（4）甲醇燃料堿性電池中，甲醇在負極上發(fā)生氧化反應，甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，電解KI溶液制碘，在粗試管中加入飽和的KI溶液，然后再加入苯，插入一根石墨電極和一根鐵電極，使用該燃料電池做電源，鐵電極與電源負極相連，通電一段時間后，斷開電源，振蕩試管，碘單質溶于苯，上層溶液為紫紅色，當有1.27g 碘單質生成時，n（I₂）=$\frac{1.27g}{254g/mol}$=0.005mol，電子守恒：2I^--2e^-=I₂，CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，CH₃OH～6e^-～3I₂，
甲醇物質的量=$\frac{0.005}{3}$mol，質量=$\frac{0.005}{3}$mol×32g/mol=0.053g，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；負；紫紅；0.053g．

點評 本題考查了化學反應速率、化學平衡的影響因素、反應速率計算、平衡常數(shù)計算、熱化學方程式書寫、原電池電極反應等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．