Question

10．H₂、CH₃OH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（1）△H₃=-44.0kJ•mol^-1
寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol．
（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂于下列反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0
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所示，則T_l＞T₂（填“＜”、“＞”、“=”，下同）；A、B、C三點(diǎn)處對(duì)應(yīng)平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小關(guān)系為K_C＜K_B=K_A
②100℃時(shí)，將1mol　CH₄和2molH₂O通入容積為1L的定容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是ad（填序號(hào)）．
a．容器的壓強(qiáng)恒定     b．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1mol　CH₄同時(shí)生成0.3molH₂
c．容器內(nèi)氣體密度恒定  d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
如果達(dá)到平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.25（mol•L^-1）²．
（3）某實(shí)驗(yàn)小組利用CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）設(shè)計(jì)成如圖b所示的電池裝置，則該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，寫(xiě)出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；
（2）①正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，壓強(qiáng)一定時(shí)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，據(jù)此判斷溫度大��；
平衡常數(shù)只受溫度影響，處于等溫線上各點(diǎn)平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度T₂條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進(jìn)行的程度更大；
②達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，百分含量不變，以及由此衍生其它一些物理量不變，據(jù)此結(jié)合選項(xiàng)判斷；
利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．
（3）CO發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水．

解答 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律①-②+③×4，得：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol；
（2）①由圖開(kāi)始，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度T₁的轉(zhuǎn)化率較大，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，故溫度T_l＞T₂；
平衡常數(shù)只受溫度影響，A、B處于等溫線上，平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，溫度T₁條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進(jìn)行的程度更大，比溫度T₂時(shí)的平衡常數(shù)大，故平衡常數(shù)K_C＜K_B=K_A，
故答案為：＞；K_C＜K_B=K_A；
②a．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量增大，容器容積不變，壓強(qiáng)增大，當(dāng)容器的壓強(qiáng)恒定時(shí)，說(shuō)明到達(dá)平衡，故a正確；
b．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時(shí)生成0.3molH₂，反應(yīng)始終按此比例進(jìn)行，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，故b錯(cuò)誤；
c．100℃時(shí)，反應(yīng)混合物都是氣體，混合氣體總質(zhì)量不變，容器的容積不變，容器內(nèi)氣體密度始終不變，不能說(shuō)明得到平衡，故c錯(cuò)誤；
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物質(zhì)的正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，反應(yīng)到達(dá)平衡，故d正確，
平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化為0.5，則甲烷的濃度變化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，
            CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開(kāi)始（mol/L）：1       2        0       0
變化（mol/L）：0.5     0.5      0.5     1.5 
平衡（mol/L）：0.5    1.5       0.5    1.5
故平衡常數(shù)k=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×1.5}$=2.25，
故答案為：ad；2.25；
（3）CO發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題比較綜合，難度中等，涉及熱化學(xué)方程式、化學(xué)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，（3）可以用總反應(yīng)式減去正極電極反應(yīng)式得負(fù)極電極反應(yīng)式．