Question

7．能源問(wèn)題是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大課題，甲醇是未來(lái)重要的能源物質(zhì)之一．
（1）合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H
圖1表示某次合成實(shí)驗(yàn)過(guò)程中甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞、＜或=”） 

（2）若在230℃時(shí)，平衡常數(shù)K=1．若其它條件不變，將溫度升高到500℃時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，K＜1 （填“＞、＜或=”）
（3）在某溫度下，向一個(gè)容積不變的密閉容器中通入2.5mol CO和7.5mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為90%，此時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)的0.55倍．
（4）利用甲醇燃料電池設(shè)計(jì)如圖2所示的裝置：則該裝置中Cu極為陽(yáng)極；寫(xiě)出b極的電極反應(yīng)式CH₃OH+8OH^--6e^-=CO^2-₃+6H₂O當(dāng)銅片的質(zhì)量變化為12.8g時(shí)：a極上消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L．

Answer 1

分析 （1）230℃處于平衡狀態(tài)，再升高溫度甲醇的體積分?jǐn)?shù)，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
（3）參加反應(yīng)CO為2.5mol×90%=2.25mol，進(jìn)而計(jì)算平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比；
（4）b電極通入甲醇，發(fā)生氧化反應(yīng)，a電極通入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，則a為正極、b為負(fù)極，Cu連接a極，則為陽(yáng)極，b電極上甲醇失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算消耗氧氣的體積．

解答 解：（1）230℃處于平衡狀態(tài)，再升高溫度甲醇的體積分?jǐn)?shù)，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，故答案為：＜；
（2）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，則K＜1，故答案為：＜；
（3）參加反應(yīng)CO為2.5mol×90%=2.25mol，則：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 氣體物質(zhì)的量減小
1                                2
2.25mol                          4.5mol
故平衡后混合氣體總物質(zhì)的量為2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，此時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)為開(kāi)始時(shí)的$\frac{5.5mol}{2.5mol+7.5mol}$=0.55倍，
故答案為：0.55；
（4）b電極通入甲醇，發(fā)生氧化反應(yīng)，a電極通入氧氣，發(fā)生還原反應(yīng)，則a為正極、b為負(fù)極，Cu連接a極，則為陽(yáng)極，b電極上甲醇失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO^2-₃+6H₂O；
當(dāng)銅片的質(zhì)量變化為12.8g時(shí)，消耗的Cu為$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知消耗氧氣為$\frac{0.2mol×2}{4}$=0.1mol，則a極上消耗的O₂在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案為：陽(yáng)；CH₃OH+8OH^--6e^-=CO^2-₃+6H₂O；2.24．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、原電池與電解原理等，難度中等，（4）中注意利用電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算解答．