Question

12．開發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題．氫氣、甲醇是優(yōu)質的清潔燃料，可制作燃料電池．
（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44.0kJ•mol^-1
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=-442.8 kJ/mol；
（2）生產甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0
①該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$，一定條件下CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖a．則T₁＜T₂（填“＜”“＞”或“=”下同），A、B、C三點處對應平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小關系為K_C=K_B＞K_A；
②120℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O（g）通入容積為1L的密閉容器中發(fā)生反應，不能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是bcd；
a．容器內氣體密度恒定；b．混合氣體的相對分子質量恒定；c．容器內的壓強恒定；d.3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）；e．單位時間內消耗0.3mol CH₄同時生成0.9molH₂
（3）某實驗小組利用CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）設計成如圖b所示的電池裝置，則該電池負極的電極反應式為CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．當有4mol電子通過導線時，消耗標準狀況下的O₂體積為22.4L，此時電解質溶液的PH值變小（填“變大”、“變小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l），反應熱也進行相應的計算；
（2）①化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出；
正反應為吸熱反應，壓強一定時，升高溫度，平衡向正反應方向移動，甲烷的轉化率增大；
平衡常數(shù)只受溫度影響，處于等溫線上各點平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強一定時，溫度T₂條件下，甲烷的轉化率更大，則反應進行的程度更大；
②．可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（3）負極發(fā)生氧化反應，CO在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
根據(jù)電子轉移守恒計算消耗氧氣物質的量，再根據(jù)V=nV_m計算氧氣體積；
反應消耗NaOH，溶液堿性減弱．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol；
（2）①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$；
由圖開始，壓強一定時，溫度T₂的轉化率較大，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，甲烷的轉化率增大，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，壓強一定時，溫度T₂條件下，甲烷的轉化率更大，則反應進行的程度更大，比溫度T₁時的平衡常數(shù)大，故平衡常數(shù)K_C=K_B＞K_A，
故答案為：$\frac{c（CO）×{c}^{3}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{4}）×c（{H}_{2}O）}$；＜；K_C=K_B＞K_A；
②a．120℃時，反應混合物都是氣體，混合氣體總質量不變，容器的容積不變，容器內氣體密度始終不變，不能說明得到平衡，故a錯誤；
b．隨反應進行混合氣體總物質的量增大，混合氣體總質量不變，平均相對分子質量減小，當混合氣體的相對分子質量恒定時，反應到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．隨反應進行混合氣體總物質的量增大，容器容積不變，壓強增大，當容器的壓強恒定時，說明到達平衡，故c正確；
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物質的正逆速率之比等于化學計量數(shù)之比，反應到達平衡，故d正確，
e．單位時間內消耗0.3mol CH₄同時生成0.9molH₂，均表示正反應速率，反應始終按此比例進行，不能說明到達平衡，故e錯誤，
故選：bcd；
（3）負極發(fā)生氧化反應，CO在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負極電極反應式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；
當有4mol電子通過導線時，消耗標準狀況下的O₂體積為$\frac{4mol}{4}$×22.4L/mol=22.4L；
反應消耗NaOH，溶液堿性減弱，則溶液pH變小，
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；22.4；變小．

點評 本題考查化學平衡影響因素、化學平衡圖象、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)、熱化學方程式、原電池等，題目比較綜合，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力．