Question

甲醇是一種可再生的優(yōu)質(zhì)燃料，用途廣泛，研究其作用具有廣闊前景．
（1）已知在常溫常壓下，測得反應(yīng)的反應(yīng)熱如下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
CH₃OH不完全燃燒生成CO和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式是

 

．
（2）工業(yè)上生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)如下：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol
在某溫度下，容積均為1L的A、B兩個(gè)容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫恒容．容器B中經(jīng)10s后達(dá)到平衡．達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

容器	A	B
反應(yīng)物投入量	1mol CO2（g）和3mol H2（g）	1mol CH3OH（g）和1mol H2O（g）
反應(yīng)能量變化	放出αkJ熱量	吸收19.6kJ熱量

①從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)，容器B中CH₃OH的平均反應(yīng)速率為

 

．
②該溫度下，B容器中反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)值為

 

．
③α=

 

．
④下列措施能使容器A中甲醇的產(chǎn)率增大的是

 

．
a．升高溫度                b．將水蒸氣從體系分離
c．用更有效的催化劑         d．將容器的容積縮小一半
（3）我國科學(xué)院化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池．甲醇燃料電池的工作原理如圖所示．
①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為

 

．
②該電池正極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,原電池和電解池的工作原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變；
（2）①根據(jù)達(dá)平衡時(shí)釋放的熱量進(jìn)行計(jì)算，得到平衡時(shí)CH₃OH的濃度，計(jì)算得到化學(xué)反應(yīng)速率；②寫出化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式，根據(jù)平衡時(shí)濃度進(jìn)行計(jì)算；
③根據(jù)轉(zhuǎn)化A、B容器中加入的物質(zhì)的量可以知道二者為等效平衡；
④能夠促進(jìn)反應(yīng)向生成CH₃OH方向進(jìn)行的條件，可以提高甲醇的產(chǎn)率增大
（3）在燃料電池中，負(fù)極是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；

解答： 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，

1

2

×（①-②）通過計(jì)算，可得熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-354.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-354.8kJ/mol；
（2）①設(shè)生成的CH₃OH物質(zhì)的量濃度為xmol/L，
列出三段式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol
起始濃度（mol/L）   0        0        1         1       
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）   x        3x       x         x       19.6kJ/mol
平衡濃度（mol/L）   x        3x      1-x       1-x
根據(jù)熱化學(xué)方程式可知：

1

x

=

49

19.6

，x=0.4mol/L，c=

△c

△t

=

0.4mol/L

10s

=0.04mol/（L?S），故答案為：0.04mol/（L?S）；
②平衡時(shí)，n（CO₂）=0.4mol/L，n（H₂）=1.2mol/L，n（CH₃OH）=0.6mol/L，n（H₂O）=0.6mol/L，B容器中反應(yīng)物為甲醇和水，
所以K=

0.4mol/L?(1．2mol/L)3

0.6mol/L?0.6mol/L

=1.92，故答案為1.92；
③將A容器中二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化為甲醇和水時(shí)，與B容器中物質(zhì)的量完全相同，為等效平衡，故達(dá)到平衡時(shí)，與B容器完全相同，放出熱量為49kJ/mol-19.6kJ=29.4KJ，故答案為29.4KJ；
④a．升高溫度反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，故錯(cuò)誤；b．減小生成物濃度向正反應(yīng)方向移動，故b正確；c．使用催化劑平衡不移動，故c錯(cuò)誤；d．縮小體積，壓強(qiáng)增大，向計(jì)量數(shù)減小的方向移動，故d正確；
故答案為：bd；
（3）①根據(jù)裝置可以知道d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，b口通入的物質(zhì)為甲醇，故答案為：CH₃OH；
②d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，為正極，發(fā)生電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；

點(diǎn)評：本題是一道考查學(xué)生有關(guān)電化學(xué)和熱化學(xué)知識的綜合題目，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度較大．