Question

(16分)甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景。工業(yè)上常用CO和H₂反應(yīng)生產(chǎn)CH₃OH，并開(kāi)發(fā)出甲醇燃料電池。

（1）已知：CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)      △H＝－283.0 kJ·mol^-1

2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)    △H＝－1453.0 kJ·mol^-1

則CH₃OH(l)不完全燃燒生成CO(g)和H₂O(l)的熱化學(xué)方程式為                     。

（2）工業(yè)上常利用反應(yīng)CO(g)＋2H₂(g)≒CH₃OH(g)   △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最為有利。為研究合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖。

圖11

230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線是       （填字母）； 該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n(H₂):n(CO) 的比值范圍是         （填字母） 。

A．1～1.5        B．2.5～3       C．3.5～4.5

（3）制甲醇所需要的氫氣，可用下列反應(yīng)制取：H₂O(g)+CO(g)H₂(g)+CO₂(g) △H＜0，某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1。試回答下列問(wèn)題：

①該溫度下，若起始時(shí)c(CO)=1 mol·L^-1，c(H₂O)=2 mol·L^-1，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測(cè)得H₂的濃度為0.5 mol·L^-1，則此時(shí)該反應(yīng)v(正)        v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

②若降低溫度，該反應(yīng)的K值將        （填“增大”、“減      小”或“不變”）。

（4）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的甲醇燃料電池裝置。

①該電池工作時(shí)，OH^－向      極移動(dòng)（填“a”或“b”）。

②工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH減小，該電池負(fù)極反應(yīng)式為                         ， 電池總反應(yīng)的離子方程式為                     。

 

Answer 1

【答案】

（1）CH₃OH(l)+O₂(g)=CO(g)+2H₂O(l)  △H =－443.5kJ·mol^-1

（2）X  ；  B   （3）① >   ②  增大 

（4）① b    ② CH₃OH - 6e-+ 8OH^－=CO₃^2－ + 6H₂O

 2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^－=2CO₃^2－ + 6H₂O

【解析】（1）考查蓋斯定律的應(yīng)用。根據(jù)反應(yīng)①CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)和反應(yīng)②2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)可知，②－①×2即得到2CH₃OH(l)+2O₂(g)=2CO(g)+4H₂O(l)，所以反應(yīng)熱是－1453.0kJ/mol＋283.0 kJ/mol×2＝－887 kJ/mol。

（2）因?yàn)榉磻?yīng)是放熱反應(yīng)，所以溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低。因此根據(jù)圖像可判斷曲線X表示的是230℃。同樣根據(jù)圖像可判斷，n(H₂):n(CO) 的比值范圍在2.5～3時(shí)，轉(zhuǎn)化率最高，所以答案選B。

（3）①根據(jù)方程式可知當(dāng)氫氣濃度是0.5mol/L時(shí)，生成物CO₂的濃度也是0.5mol/L。消耗水蒸氣和CO的濃度都是0.5mol/L，則剩余水蒸氣和CO的濃度分別是0.5mol/L和1.5mol/L。此時(shí)＜1，所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率。

②正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大。

（4）原電池中負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，所以溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。在該燃料電池中，正極通入氧氣，負(fù)極通入甲醇，所以a是正極，b是負(fù)極。電解質(zhì)是堿性溶液，所以負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OH - 6e-+ 8OH^－=CO₃^2－ + 6H₂O，電池總反應(yīng)式為2CH₃OH + 3O₂ + 4OH^－=2CO₃^2－ + 6H₂O。