Question

開發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經(jīng)濟”，正成為科學家研究的主要課題．氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)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：

 

．
（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系如圖a．則，P_l

 

P₂；A、B、C三點處對應平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小順序為

 

．（填“＜”、“＞”“=”）
②100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為100L的反應室，反應達平衡的標志是：

 

．
a．容器內(nèi)氣體密度恒定
b．單位時間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時生成0.3mol H₂
c．容器的壓強恒定
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
如果達到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則100℃時該反應的平衡常數(shù)K=

 

（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，負極的電極反應式為

 

．用該原電池做電源，常溫下，用惰性電極電解200mL飽和食鹽水（足量），消耗的標準狀況下的CO 224mL，則溶液的pH=

 

．（不考慮溶液體積的變化）
（4）氫氧燃料電池的三大優(yōu)點是：

 

、

 

、能連續(xù)工作．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

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）根據(jù)蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（2）①從CO轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化趨勢分析第一問；在200℃時，看不同壓強下CO的轉(zhuǎn)化率大小，結(jié)合化學方程式中反應前后氣體的體積變化解答，A、B、C三點處對應平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小和溫度有關；
②化學平衡的標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析選項；利用三段式法計算化學平衡常數(shù)；
（3）電池的負極發(fā)生氧化反應，負極上是燃料發(fā)生氧化反應，串聯(lián)電路中，各個裝置轉(zhuǎn)移電子是相等的，據(jù)電子守恒進行計算；
（4）原電池具有能量利用率高的特點，氫氧燃料電池的產(chǎn)物是水，據(jù)此回答．

解答： 解：（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
由蓋斯定律，①-②+③×4得：
2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
所以其熱化學反應方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（2）①根據(jù)一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關系圖知道，溫度不變，則增大壓強，平衡CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）逆向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，所以P_l＜P₂，壓強不變升高溫度，甲烷的轉(zhuǎn)化率會增大，平衡正向進行，所以反應是吸熱反應，溫度越高，K越大，A、B、C三點處對應的溫度是逐漸升高的，所以平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小順序為K_C＞K_B＞K_A，
故答案為：＜； K_C＞K_B＞K_A；
②a．容器內(nèi)氣體密度=

m

V

，質(zhì)量是守恒的，V是不變的，所以密度始終不變，當密度不變時，不一定平衡，故錯誤；
b．單位時間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時生成0.3molH₂，只能說明正反應速率，不能證明正逆反應速率相等，不一定平衡，故錯誤；
c．反應是前后系數(shù)和變化的反應，當容器的壓強恒定，則達到了平衡，故正確；
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），能體現(xiàn)v（正）=v（逆），故正確．
故選cd．
       CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
初始濃度：0.01     0.02        0      0
變化濃度：0.005    0.005      0.005    0.015
平衡濃度：0.005    0.015      0.005    0.015
所以平衡常數(shù)K=

0.0153×0.005

0.005×0.015

=2.25×10^-4（mol/L）²，
故答案為：cd；2.25×10^-4（mol/L）²；
（3）在CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）設計成的燃料電池裝置中，CO發(fā)生氧化反應，在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負極電極反應式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，用該原電池做電源，常溫下，用惰性電極電解200mL飽和食鹽水（足量），當消耗的標準狀況下的CO224mL極0.01mol時，轉(zhuǎn)移電子是0.02mol，根據(jù)電解氯化鈉的反應方程式：2NaCl+2H₂O

通電  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，當轉(zhuǎn)移電子是0.02mol時，生成氫氧化鈉的物質(zhì)的量是0.02mol，所以氫氧化鈉濃度是

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，即pH=13，故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O；13．
（4）原電池具有能量利用率高的特點，氫氧燃料電池的產(chǎn)物是水，無污染，環(huán)保，故答案為：能量利用率高；無污染，環(huán)保．

點評：本題比較綜合，難度中等，涉及熱化學方程式、化學平衡圖象及影響因素、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、原電池等，注意知識的歸納和整理是關鍵，難度不大．