Question

（2013?濟(jì)南一模）目前工業(yè)上有一種用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇的方法，可以將CO₂變廢為寶．
（1）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=^_1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=^_556.0kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+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=^_447.8 kJ?mol^-1

（2）某同學(xué)利用甲醇燃料電池為電源，設(shè)計(jì)了一種電解法制取Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖），通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色．則電源中a極為

正

極（填“正”或“負(fù)”），其電極反應(yīng)式為

O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-

．裝置上端A極電極材料是

Fe

（填化學(xué)式），B電極上的電極反應(yīng)式為

2H⁺+2 e^-=H₂↑

．
（3）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），得到如下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol	達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1.6	5
2	900	1	2	0.4	3
3	900	1	2	0.4	1

①該反應(yīng)的正反應(yīng)為

放

（填“吸”或“放”）熱反應(yīng)．
②實(shí)驗(yàn)1中，以v（H₂）表示的平均反應(yīng)速率為

0.16mol/（L?min）

．
③900℃時(shí)，按CO（g）、H₂O（g）、CO₂（g） 和 H₂（g）的物質(zhì)的量分別是0.8mol、1.0mol、0.6mol和0.8mol分別加入該容器，則此時(shí)反應(yīng)的v（正）

＜

v（逆）（填“＞”“＜”或“=”中之一）．
④實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，改變的條件可能是

使用了催化劑；加大了壓強(qiáng)

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）燃料電池中燃料在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)依，在正極反應(yīng)還原反應(yīng)，依據(jù)裝置分析判斷生成氫氧化亞鐵的電極位置和反應(yīng)原理；
（3）①依據(jù)溫度變化，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化分析判斷反應(yīng)熱量變化；
②依據(jù)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
③依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷；
④數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)2達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，但反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短；反應(yīng)可能是加入了催化劑或增大壓強(qiáng)，因?yàn)榉磻?yīng)前后氣體壓強(qiáng)不變；

解答：解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=^_1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=^_556.0kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律①-②-③×4得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=^_447.8 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O（l）△H=^_447.8 kJ?mol^-1；
（2）甲醇燃料電池為電源電解法制取Fe（OH）₂的實(shí)驗(yàn)裝置，通電后，溶液中產(chǎn)生大量的白色沉淀，且較長(zhǎng)時(shí)間不變色，說(shuō)明氫氧化亞鐵在B電極附近生成，所以電極A為電解池的陽(yáng)極，B為電解池的陰極，電源a為正極，電極反應(yīng)為氧氣得到電子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；連接正極的A電極是鐵，目的是鐵做陽(yáng)極失電子生成亞鐵離子，和陰極生成的氫氧根離子反應(yīng)生成白色沉淀氫氧化亞鐵；b為負(fù)極，連接電極B電極反應(yīng)為：2H⁺+2 e^-=H₂↑；
故答案為：正，O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，F(xiàn)e，2H⁺+2 e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂+2OH^-）；
（3）①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），反應(yīng)前后氣體體積不變，起始量減少一半，平衡不動(dòng)，應(yīng)平衡時(shí)二氧化碳濃度為0.8mol/L，所以依據(jù)圖表數(shù)據(jù)可知溫度升高平衡狀態(tài)向逆向進(jìn)行，說(shuō)明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
故答案為：放；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）2        4        0       0
變化量（mol）1.6     1.6      1.6    1.6
平衡量（mol）0.4     2.4      1.6   1.6
實(shí)驗(yàn)1中，以v（H₂）表示的平均反應(yīng)速率=

1.6mol 2L

5min

=0.16mol/（L?min）；
故答案為：0.16mol/（L?min）；
③900°C平衡狀態(tài)下平衡常數(shù)計(jì)算為
            CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol） 1       2        0      0
變化量（mol） 0.4     0.4     0.4      0.4
平衡量（mol）0.6      1.6     0.4      0.4
K=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

0.4mol 2L × 0.4mol 2L

0.6mol 2L × 1.6mol 2L

=0.17
按CO（g）、H₂O（g）、CO₂（g） 和 H₂（g）的物質(zhì)的量分別是0.8mol、1.0mol、0.6mol和0.8mol分別加入該容器
Qc=

c(CO2)c(H2)

c(CO)c(H2O)

=

0.6mol 2L × 0.8mol 2L

0.8mol 2L × 1mol 2L

=0.6＞K
反應(yīng)逆向進(jìn)行，v（正）＜v（逆）
故答案為：＜； 
④實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)速率增大，說(shuō)明增大壓強(qiáng)或加入催化劑符合，改變的條件可能是使用了催化劑；加大了壓強(qiáng)；
故答案為：使用了催化劑；加大了壓強(qiáng)；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用，原電池，電解池原理分析，化學(xué)平衡的分析判斷，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．