Question

16．化學(xué)反應(yīng)的能量變化、速率、限度是化學(xué)研究的重要內(nèi)容．
（1）有關(guān)研究需要得到C₃H₈（g）=3C（石墨，s）+4H₂（g）的△H，但測定實(shí)驗(yàn)難進(jìn)行．
設(shè)計(jì)如圖1可計(jì)算得到：
①△H＞0（填＞、＜或=）
②△H=△H₁-△H₂-△H₃．（用圖中其它反應(yīng)的反應(yīng)熱表示）
（2）甲酸、甲醇、甲酸甲酯是重要化工原料．它們的一些性質(zhì)如下：

物質(zhì)	HCOOH	CH3OH	HCOOCH3
主要 性質(zhì)	無色液體，與水互溶 K（HCOOH）＞K（CH3COOH）	無色液體，與水互溶	無色液體，在水中溶解度小，與醇互溶

工業(yè)制備甲酸原理：HCOOCH₃（l）+H₂O（l）$\stackrel{H+}{?}$ HCOOH（l）+CH₃OH（l），反應(yīng)吸熱，但焓變的值很小．常溫常壓下，水解反應(yīng)速率和平衡常數(shù)都較�。�
①工業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)起始，在甲酸甲酯和水的混合物中加入少量甲酸和甲醇，從反應(yīng)速率和限度的角度分析所加甲酸和甲醇對甲酸甲酯水解的影響．甲醇：是很好的溶劑，能溶于水和HCOOCH₃，增大反應(yīng)接觸面積，加快反應(yīng)速率；同時(shí)，甲醇也是生成物，生物濃度增加，不利于平衡右移．甲酸：甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應(yīng)速率，同時(shí)，甲酸也是生成物，生成物濃度增加，不利于平衡右移．某小組通過試驗(yàn)研究反應(yīng)HCOOCH₃轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的趨勢，在溫度T₁下，采用酯水比為1：2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測得平衡是HCOOCH₃的轉(zhuǎn)化率為25%．
②預(yù)測HCOOCH₃轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化趨勢并畫圖2表示．
③該反應(yīng)在溫度T₁下的平衡常數(shù)K=0.048．（保留兩位有效數(shù)字）
（3）HCOOH成為質(zhì)子膜燃料電池的燃料有很好的發(fā)展前景．寫出該燃料電池的電極反應(yīng)式：O₂ +4e^-+4H⁺=2H₂O； 2HCOOH-4e^-=2CO₂ ↑+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）由圖象可知，反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱；
（2）①加入甲醇，增大反應(yīng)接觸面積，加快反應(yīng)速率，加入甲酸，甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應(yīng)速率，甲醇、甲酸都是生成物，增大生成物濃度，平衡逆向移動；
②反應(yīng)開始時(shí)速率較慢，生成甲酸電離出H⁺作催化劑能加快反應(yīng)速率，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度逐漸減小，反應(yīng)速率逐漸減慢，以此預(yù)測HCOOCH₃轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化趨勢；
③測得平衡是HCOOCH₃的轉(zhuǎn)化率為25%，結(jié)合酯水比為1：2以及K=$\frac{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}OH）}{c（HCOOC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}$計(jì)算；
（3）HCOOH成為質(zhì)子膜燃料電池的燃料有很好的發(fā)展前景，酸性條件下形成原電池反應(yīng)時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，HCOOH被氧化生成二氧化碳，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣被還原生成水．

解答 解：（1）①由圖象可知，反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即△H＞0，故答案為：＞；
②由圖象可知|△H|+|△H₁|=|△H₂|+|△H₃|，因△H₁、△H₂、△H₃都小于0，則△H=△H₁-△H₂-△H₃，故答案為：△H₁-△H₂-△H₃；
（2）①加入甲醇，增大反應(yīng)接觸面積，加快反應(yīng)速率，加入甲酸，甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應(yīng)速率，甲醇、甲酸都是生成物，增大生成物濃度，平衡逆向移動，即甲醇：是很好的溶劑，能溶于水和HCOOCH₃，增大反應(yīng)接觸面積，加快反應(yīng)速率；同時(shí)，甲醇也是生成物，生物濃度增加，不利于平衡右移；甲酸：甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應(yīng)速率，同時(shí)，甲酸也是生成物，生成物濃度增加，不利于平衡右移，
故答案為：是很好的溶劑，能溶于水和HCOOCH₃，增大反應(yīng)接觸面積，加快反應(yīng)速率；同時(shí)，甲醇也是生成物，生物濃度增加，不利于平衡右移；甲酸能電離出H⁺作催化劑能加快反應(yīng)速率，同時(shí)，甲酸也是生成物，生成物濃度增加，不利于平衡右移；
②反應(yīng)開始時(shí)速率較慢，生成甲酸電離出H⁺作催化劑能加快反應(yīng)速率，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度逐漸減小，反應(yīng)速率逐漸減慢，以此預(yù)測HCOOCH₃轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化趨勢為，故答案為：；
③測得平衡是HCOOCH₃的轉(zhuǎn)化率為25%，結(jié)合酯水比為1：2，設(shè)HCOOCH₃為1mol，則水為2mol，平衡生成HCOOH、CH₃OH都為0.25mol，剩余HCOOCH₃0.75mol，水1.75mol，
K=$\frac{c（HCOOH）•c（C{H}_{3}OH）}{c（HCOOC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.25×0.25}{0.75×1.75}$=0.048，
故答案為：0.048；
（3）HCOOH成為質(zhì)子膜燃料電池的燃料有很好的發(fā)展前景，酸性條件下形成原電池反應(yīng)時(shí)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，HCOOH被氧化生成二氧化碳，電極方程式為2HCOOH-4e^-=2CO₂ ↑+4H⁺，正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣被還原生成水，電極方程式為O₂ +4e^-+4H⁺=2H₂O，
故答案為：O₂ +4e^-+4H⁺=2H₂O； 2HCOOH-4e^-=2CO₂ ↑+4H⁺．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側(cè)重于考生對反應(yīng)熱、化學(xué)平衡其影響因素以及化學(xué)電源的理解和應(yīng)用的考查，對化學(xué)平衡常數(shù)簡單計(jì)算的掌握，注重考查學(xué)生知識遷移、讀圖及表達(dá)能力，難度中等．