Question

1．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上一般采用下列反應(yīng)合成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)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(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）300℃時(shí)，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經(jīng)過(guò)20s 達(dá)到平衡狀態(tài)，
①計(jì)算20s內(nèi)CO的反應(yīng)速率為0.025mol/（L•s），此時(shí)容器中甲醇的體積分?jǐn)?shù)為25%；
②若向上述平衡體系中同時(shí)加入1mol CO，2mol H₂和1mol CH₃OH氣體，平衡移動(dòng)情況是向右
（填“向右”、“向左”或“不移動(dòng)”），原因是若向上述平衡體系中同時(shí)加入1molCO，2molH₂和1molCH₃OH氣體，此時(shí)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(shí)濃度上海Qc=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25＜K=1，平衡向右移動(dòng)；
（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(xué)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(zhì)甲醇燃料電池負(fù)極反應(yīng)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(fù)極（填正或負(fù)）相連接，通電一段時(shí)間后，斷開電源，振蕩試管，上層溶液為紫紅色，當(dāng)有1.27g 碘單質(zhì)生成時(shí)，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(yīng)方向進(jìn)行．平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）300℃時(shí)，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經(jīng)過(guò)20s 達(dá)到平衡狀態(tài)，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$，根據(jù)平衡氣體物質(zhì)的量和甲醇物質(zhì)的量計(jì)算體積分?jǐn)?shù)；
①300℃時(shí)，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經(jīng)過(guò)20s 達(dá)到平衡狀態(tài)，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，300℃時(shí)平衡常數(shù)=1，設(shè)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(jì)算CO的反應(yīng)速率，容器中甲醇的體積分?jǐn)?shù)；
②計(jì)算此時(shí)濃度商和平衡常數(shù)比較放心判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到縮小熱化學(xué)方程式；
（4）甲醇燃料電池中，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，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(fù)極相連，通電一段時(shí)間后，斷開電源，振蕩試管，碘單質(zhì)溶于苯，上層溶液為紫紅色，當(dāng)有1.27g 碘單質(zhì)生成時(shí)，需要甲醇質(zhì)量可以依據(jù)電極反應(yīng)中的電子守恒計(jì)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(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△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(shí)，在體積為2.0L的密閉容器中通入2mol CO和4mol H₂，經(jīng)過(guò)20s 達(dá)到平衡狀態(tài)，結(jié)合化學(xué)平衡三行計(jì)算列式計(jì)算，300℃時(shí)平衡常數(shù)=1，設(shè)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(nèi)CO的反應(yīng)速率=$\frac{0.5mol/L}{20s}$=0.025mol/（L•s），
此時(shí)容器中甲醇的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{0.5}{3-2×0.5}$×100%=25%，
②若向上述平衡體系中同時(shí)加入1mol CO，2mol H₂和1mol CH₃OH氣體，此時(shí)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(jì)算此時(shí)濃度上海Qc=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25＜K=1，反應(yīng)正向進(jìn)行，平衡移動(dòng)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(shí)加入1mol CO，2mol H₂和1mol CH₃OH氣體，此時(shí)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(jì)算此時(shí)濃度上海Qc=$\frac{1}{1×{2}^{2}}$=0.25＜K=1，平衡向右移動(dòng)；
（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(jì)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(xué)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(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，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(fù)極相連，通電一段時(shí)間后，斷開電源，振蕩試管，碘單質(zhì)溶于苯，上層溶液為紫紅色，當(dāng)有1.27g 碘單質(zhì)生成時(shí)，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(zhì)的量=$\frac{0.005}{3}$mol，質(zhì)量=$\frac{0.005}{3}$mol×32g/mol=0.053g，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；負(fù)；紫紅；0.053g．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、原電池電極反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．