Question

甲醇合成反應及其能量變化如圖a所示：

（1）寫出合成甲醇的熱化學方程式

 

．
（2）實驗室在1L的密閉容器中進行模擬合成實驗．將1mol CO和2mol H₂通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應，每隔一段時間測得容器內CH₃OH的濃度如下表所示：

時間濃度（mol/L）溫度	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300℃反應開始10min內，H₂的平均反應速率為v（H₂）=

 

．
（3）在500℃達到平衡時，平衡常數K=

 

．
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達到平衡，測得容器中壓強為起始壓強的一半．計算該條件下H₂的轉化率為

 

．
（5）銅基催化劑具有活性高、選擇性好和條件溫和的特點，已廣泛地使用于CO/CO₂的加氫合成甲醇．使用銅基催化劑后，該反應中a的大小變化對反應熱△H有無影響，

 

．
（6）2009年，長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術上獲得新突破，原理如圖b所示．請寫出從C口通入O₂發(fā)生的電極反應式

 

．
（7）用上述電池做電源，用圖c裝置電解飽和食鹽水（C₁、C₂均為石墨電極）．
①該反應的離子方程式

 

．
②電解開始后在電極

 

的周圍（填“C₁”或“C₂”）先出現紅色．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學電源新型電池

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）依據圖象分析，反應物的能量高于生成物，反應是放熱，反應的焓變=反應物斷裂化學鍵吸收的能量-生成物形成化學鍵放出的熱量計算得到，依據熱化學方程式的書寫方法寫出；
（2）依據化學反應速率的概念計算，化學反應速率等于單位時間內物質濃度的變化計算得到，計算甲醇的反應速率，依據速率之比等于化學方程式系數之比；
（3）依據圖表數據依據平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算得到；
（4）依據化學平衡三段式列式計算；
（5）催化劑改變化學反應速率，不改變化學平衡；
（6）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，發(fā)生失電子的氧化反應，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應；
（7）①電解飽和食鹽水時，反應物為氯化鈉和水，生成物為氫氧化鈉、氫氣和氯氣，據此寫出反應的離子方程式；
②電解過程中，陽極氯離子失去生成氯氣，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時產生氫氧根離子．

解答： 解：（1）圖象分析，反應物的能量高于生成物，反應是放熱，反應的焓變=反應物斷裂化學鍵吸收的能量-生成物形成化學鍵放出的熱量計算得到，反應的焓變△H=（a-b）KJ/mol，a＜b，所以△H=-（b-a）KJ/mol，反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
（2）在300℃反應開始10min內，甲醇的反應速率=

0.40mol/L

10min

=0.04mol/（L?min），H₂的平均反應速率為v（H₂）=2V（CH₃OH）=0.08mol/（L?min）；
故答案為：0.08mol/（L?min）；
（3）依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，500°C反應進行到40min反應達到平衡；
                   CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     1      2       0
變化量（mol/L）     0.8    1.6     0.8
平衡量（mol/L）    0.2     0.4    0.8
平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.8mol/L

0.2mol/L(0.4mol/L)2

=25（L/mol）²；
故答案為：25；
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.2mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達到平衡，測得容器中壓強為起始壓強的一半，依據化學三段式計算，設反應的氫氣物質的量為x，則得到：
               CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1.2   2.0       0
變化量（mol/L） 0.5x   x       0.5x
平衡量（mol/L）1.2-0.5x 2.0-x   0.5x
壓強之比等于物質的量之比，（1.2-0.5x）+（ 2.0-x）+0.5x=

1.2+2.0

2

，解得x=1.6mol；
該條件下H₂的轉化率為=

1.6mol

2.0mol

×100%=80%；
故答案為：80%；
（5）反應中的a是反應的活化能，影響因素是催化劑，催化劑改變反應速率，不改變化學平衡，所以對反應熱的影響無關；
故答案為：無影響；
（6）原電池正極得到電子發(fā)生還原反應，該原電池中正極氧氣得電子發(fā)生還原反應，其電極反應式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（7）①電解飽和食鹽水生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，反應的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，
故答案為：2Cl^-+2H₂O

通電  .

2OH^-+H₂↑+Cl₂↑；    
②電解反應中，陰極水電離的氫離子得到電子生成氫氣，同時產生了氫氧根離子，所以在陰極C₂ （連接電源負極的電極）先變紅，
故答案為：C₂．

點評：本題考查了熱化學方程式的焓變計算，圖象分析，化學平衡計算方法，平衡常數的概念應用以及電化學知識，題目難度中等．