Question

16．以煤為原料可合成一系列燃料．
（1）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
②CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol
請(qǐng)寫出甲醇燃燒生成H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-676.4kJ/mol；
（2）向1L密閉容器中加入2mol CO、4mol H₂，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應(yīng)：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（l）+H₂O（l）△H=+71kJ/mol
①該反應(yīng)能否不能自發(fā)進(jìn)行（填“能”、“不能”或“無(wú)法判斷”）
②下列敘述能說(shuō)明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是d．
a．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變    b．CO和H₂的轉(zhuǎn)化率相等
c．CO和H₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變              d．混合氣體的密度保持不變
e．1mol CO生成的同時(shí)有1mol O-H鍵斷裂
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0  在一定條件下，某反應(yīng)過(guò)程中部分?jǐn)?shù)據(jù)如表：

反應(yīng)條件	反應(yīng)時(shí)間	CO2（mol）	H2（mol）	CH3OH（mol）	H2O（mol）
恒溫 恒容 （T1℃、 2L）	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1

①0～10min內(nèi)，用H₂O（g）表示的化學(xué)反應(yīng)速率v（H₂0）=0.025mol/（L•min）
②達(dá)到平衡時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{4}{27}$（用分?jǐn)?shù)表示），平衡時(shí)H₂的 轉(zhuǎn)化率是50%．
③在其它條件不變的情況下，若30min時(shí)改變溫度為T₂℃，此時(shí)H₂的物質(zhì)的量為3.2mol，則T₁＜T₂（填“＞”、“＜”或“=”），理由是該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)．在其他條件不變的情況下，若30min時(shí)向容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），則平衡不移動(dòng)（填“正向”、“逆向”或“不”）．
（4）用甲醚（CH₃OCH₃）作為燃料電池的原料，請(qǐng)寫出在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極反應(yīng)式CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
②CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol
蓋斯定律計(jì)算②-①×$\frac{3}{2}$得到甲醇燃燒生成H₂O（g）的熱化學(xué)方程式；
（2）①自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是△H-T△S＜0，結(jié)合反應(yīng)特征分析判斷需要的條件；
②平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，個(gè)組分含量保持不變，原則是變量不變分析選項(xiàng)；
（3）①0～10min內(nèi)氫氣物質(zhì)的量變化6mol-4.5mol=1.5mol，計(jì)算氫氣表示的反應(yīng)速率，速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，計(jì)算得到水表示的反應(yīng)速率；
②圖表中計(jì)算20min時(shí)二氧化碳消耗物質(zhì)的量1mol，同時(shí)生成1mol甲醇，30min甲醇物質(zhì)的量為1mol，則20min反應(yīng)大多平衡狀態(tài)，結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算平衡濃度，計(jì)算氫氣轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)；
③在其它條件不變的情況下圖表中平衡狀態(tài)下氫氣物質(zhì)的量為3mol，若30min時(shí)改變溫度為T₂℃，此時(shí)H₂的物質(zhì)的量為3.2mol，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，在其他條件不變的情況下，若30min時(shí)向容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），計(jì)算此時(shí)濃度商和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
（4）甲醚作為燃料電池的原料．甲醚在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)電極書寫方法寫出電極反應(yīng)．

解答 解：（1）（1）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
②CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol
蓋斯定律計(jì)算②-①×$\frac{3}{2}$得到甲醇燃燒生成H₂O（g）的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-676.4kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-676.4kJ/mol；
（2）①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（l）+H₂O（l）△H=+71kJ/mol，熵變△S＜0，則反應(yīng)焓變△H＞0，△H-T△S＞0，不能滿足△H-T△S＜0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：不能；
②向1L密閉容器中加入2mol CO、4mol H₂，發(fā)生反應(yīng)：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃OCH₃（l）+H₂O（l）△H=+71kJ/mol，
a．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故a錯(cuò)誤；
b．起始量和變化量之比相同，CO和H₂的轉(zhuǎn)化率始終相等，不能說(shuō)明反應(yīng)大多平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；
c．由于生成物都是液體，氣體體積分?jǐn)?shù)始終不變，CO和H₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變不能說(shuō)明反應(yīng)大多平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．反應(yīng)前后氣體體積不變，氣體質(zhì)量變化，當(dāng)混合氣體的密度保持不變說(shuō)明反應(yīng)大多平衡狀態(tài)，故d正確；
e．1mol CO生成的同時(shí)有1mol O-H鍵斷裂，只能說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故e錯(cuò)誤；
故答案為：d；
（3）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0，0～10min內(nèi)氫氣物質(zhì)的量變化6mol-4.5mol=1.5mol，計(jì)算氫氣表示的反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v（H₂O）=$\frac{1}{3}$v（H₂）=0.025mol/（L•min），
故答案為：0.025mol/（L•min）；
②圖表中計(jì)算20min時(shí)二氧化碳消耗物質(zhì)的量1mol，同時(shí)生成1mol甲醇，30min甲醇物質(zhì)的量為1mol，則20min反應(yīng)大多平衡狀態(tài)，
                             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H＜0
起始量（mol/L）      1              3                    0               0
變化量（mol/L）      0.5           1.5                 0.5             0.5
平衡量（mol/L）    0.5             1.5                 0.5             0.5
平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=$\frac{4}{27}$，
氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.5mol/L}{3mol/L}$×100%=50%，
故答案為：$\frac{4}{27}$，50%；
③在其它條件不變的情況下圖表中平衡狀態(tài)下氫氣物質(zhì)的量為3mol，若30min時(shí)改變溫度為T₂℃，此時(shí)H₂的物質(zhì)的量為3.2mol，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，T₁＜T₂，在其他條件不變的情況下，若30min時(shí)向容器中再充入1mol CO₂（g）和1mol H₂O（g），Qc=$\frac{0.5×（0.5+0.5）}{（0.5+0.5）×1．{5}^{3}}$=$\frac{4}{27}$=K，說(shuō)明平衡不動(dòng)，
故答案為：＜；該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；不；
（4）若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負(fù)極失電子反應(yīng)氧化反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+11H₂O；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+16OH^-═2CO₃^2-+11H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫、平衡影響因素分析判斷、平衡計(jì)算的分析應(yīng)用、書寫、注意圖表數(shù)據(jù)的分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．