Question

甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料，可制作燃料電池．
（1）工業(yè)上可用下列兩種反應(yīng)制備甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃．則2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g） 的反應(yīng)熱△H=

 

（用△H₁、△H₂、△H₃表示）．
（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H₄．
①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖a．則△H₄

 

0，P1

P₂．（填“＜”、“＞”或“=”）
②100℃時(shí)，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為100L的反應(yīng)室，達(dá)到平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5.100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖b所示的電池裝置，正極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,反應(yīng)熱和焓變,常見化學(xué)電源的種類及其工作原理,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）運(yùn)用蓋斯定律解答，注意分析待求反應(yīng)中的反應(yīng)物和生成物在已知反應(yīng)中的位置，通過加減求得．
（2）①從CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化趨勢(shì)分析第一問；在200℃時(shí)，看不同壓強(qiáng)下CO的轉(zhuǎn)化率大小，結(jié)合化學(xué)方程式中反應(yīng)前后氣體的體積變化解答．
②利用三段式法解答．
③電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，注意電解質(zhì)溶液為堿性．

解答： 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃
據(jù)蓋斯定律，①-②得：④CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=△H₁-△H₂
再④×2+③得：2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=2△H₁-2△H₂+△H₃
故答案為：2△H₁-2△H₂+△H₃；
（2）①從圖a可見，CH₄轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大，說明升溫時(shí)平衡正向移動(dòng)，△H＞0；
在圖a的200℃位置，平行與縱軸畫一條虛線，可見CH₄的轉(zhuǎn)化率P₁＞P₂，在CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）反應(yīng)中，生成物的氣體體積大于反應(yīng)物，壓強(qiáng)增大時(shí)平衡向逆向移動(dòng)，故P₁＜P₂
故答案為：＞；＜；
②CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則有0.5×1mol=0.5mol參與反應(yīng)，
               CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）   0.01     0.02      0       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）   0.005    0.005    0.005    0.015
平衡（mol/L）  0.005    0.015    0.005    0.015
K=

c(CO)×c(H2)3

c(CH4)×c(H2O)

=

0.005×0.0153

0.005×0.015

=2.25×10^-4 mol²?L^-2；
故答案為：2.25×10^-4 mol²?L^-2；
（3）電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，應(yīng)寫為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題考查蓋斯定律，圖象分析以及三段式計(jì)算的應(yīng)用等，考查范圍廣，難度中等．