Question

4．能源問題是人類社會面臨的重大課題，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人們對核能源的恐慌．而甲醇是未來重要的綠色能源之一．

（1）已知：在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.68kJ．
請寫出甲醇燃燒的熱化學方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1．
（2）目前有科學家在一定條件下利用水煤氣（CO+H₂）合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）$\frac{\underline{\;Cu_{2}O/ZnO\;}}{\;}$CH₃OH（g）
甲醇的物質的量與反應溫度的關系如圖1所示：
①合成甲醇反應的△H＜0．（填“＞”、“＜”或“=”）
②其它條件不變，將E點的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，正反應速率加快，逆反應速率加快．（填“加快”、“減慢”、“不變”），重新平衡時c（CH₃OH）/c（CO）增大．（填“增大”、“減小”或“不變”）
③230℃時，平衡常數(shù)K=1．若其它條件不變，將溫度升高到450℃時，達到平衡時，K＜1 （填“＞、＜或=”）
（3）利用甲醇燃料電池設計如2圖所示的裝置：則該裝置中Zn極為陰極；寫出a極的電極反應式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)甲醇的質量及反應放出的熱量來計算燃燒熱，然后來書寫熱化學方程式；
（2）①由甲醇的物質的量與反應溫度的關系圖可知溫度越高甲醇的物質的量越低來判斷水煤氣合成甲醇的反應熱；
②由容積壓縮則壓強增大，利用壓強對化學反應速率及化學平衡的影響來分析；
③根據(jù)溫度對化學平衡的影響來分析化學平衡常數(shù)的變化；
（3）由圖可知甲醇燃料電池是電源，則燒杯中的裝置為電解池，利用電解池和原電池來分析解答．

解答 解：（1）由1g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.68kJ，則1mol甲醇燃燒放出的熱量為32×22.68kJ=725.8 kJ，即燃燒熱△H=-725.8 kJ•mol^-1，由反應物與生成物、物質的狀態(tài)、反應熱，則甲醇燃燒的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-725.8 kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-725.8 kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，500℃比300℃達平衡時甲醇的物質的量小，即升高溫度化學平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，△H＜0，故答案為：＜；
②由其它條件不變，將E點的容積壓縮到原來的1/2，則容積壓縮時壓強增大，加壓時正、逆反應速率都加快，由水煤氣合成甲醇的反應可知，該反應是氣體體積縮小的反應，則加壓時平衡正向移動，甲醇的物質的量增大，CO的物質的量減小，則c（CH₃OH）/c（CO）增大，故答案為：加快；增大；
③由230℃時，平衡常數(shù)K=1，該反應為放熱反應，溫度升高到450℃時平衡向逆反應方向移動，生成物的濃度變小，則K＜1，故答案為：＜；
（3）由圖可知，甲醇燃料電池中a極通入氧氣，在堿性條件氧氣得電子生成氫氧根離子，即通入氧氣的為正極，正極反應為O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-，
b為電池的負極，后邊的燒杯為電解池裝置，鋅與b相連，則鋅極為陰極，故答案為：陰；O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-．

點評 本題考查知識點較多，綜合性強，注重對基礎知識和基本技能的考查，同時注重對高考熱點的訓練，明確熱化學方程式、化學平衡、化學反應速率、電化學等重要知識點是解答的關鍵．