Question

9．甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料，在工業(yè)上常用CO和H₂合成甲醇，反應方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
已知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol
回答下列問題：
（1）計算CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反應熱△H₄=-574.4KJ/mol．
（2）若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1mol CO、2mol H₂，發(fā)生CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反應，下列示意圖（a-d）正確且能說明反應在進行到t₁時刻為平衡狀態(tài)的是d（填選項字母）．

（3）T₁℃時，在一個體積為5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H₂，經(jīng)過5min達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，則5min內(nèi)用H₂表示的反應速率為v（H₂）=0.064mol/（L•min）．T₁℃時，在另一體積不變的密閉容器中也充入1mol CO、2mol H₂，達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.7，則該容器的體積＞5L（填“＞”“＜”或“=”）；T₁℃時，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=625．
（4）在T₁℃時，在體積為5L的恒容容器中充入一定量的H₂和CO，反應達到平衡時CH₃OH的體積分數(shù)與n（H₂）/n（CO）的關系如圖e所示．溫度不變，當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2.5時，達到平衡狀態(tài)，CH₃OH的體積分數(shù)可能是圖象中的F點．
（5）為了提高燃料的利用率可以將甲醇設計為燃料電池，寫出KOH作電解質(zhì)溶液時，甲醇燃料電池的負極反應式：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O．該電池負極與水庫的鐵閘相連時，可以保護鐵閘不被腐蝕，這種電化學保護方法叫做外加電源的陰極保護法．
（6）含有甲醇的廢水隨意排放會造成水污染，可用ClO₂將其氧化為CO₂，然后再加堿中和即可．寫出處理甲醇酸性廢水過程中，ClO₂與甲醇反應的離子方程式：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O．

Answer 1

分析 （1）結(jié)合熱化學方程式和蓋斯定律計算，計算①+②×2-③得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的熱化學方程式；
（2）a、圖1表示t1時刻如果達平衡，正反應速率不變；
b、平衡常數(shù)不變，說明體系的溫度不變，而在絕熱的體系中；
c、一氧化碳與甲醇的物質(zhì)的量相等；
d、一氧化碳的質(zhì)量分數(shù)不變，說明各物質(zhì)的質(zhì)量不變，反應達平衡狀態(tài)；
（3）結(jié)合化學三行計算列式計算，反應速率為v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$，氣體物質(zhì)的量之比等于氣體體積之比，平衡常數(shù)隨溫度變化，K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（4）當容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于化學方程式計量數(shù)之比時，達到平衡狀態(tài)時生成物的體積分數(shù)最大，所以當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$小于2，平衡時甲醇的體積分數(shù)逐漸增大，當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$大于2，平衡時甲醇體積分數(shù)減��；
（5）燃料原電池中，燃料失電子發(fā)生氧化反應為負極，通入氧氣得到電子發(fā)生還原反應為正極，電解池中陰極被保護；
（6）根據(jù)信息：二氧化氯和甲醇反應，生成Cl^-、CO₂和水₂，配平方程式即可；

解答 解：（1）①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol
蓋斯定律計算①+②×2-③，得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₄=-574.4KJ/mol，
故答案為：-574.4KJ/mol；
（2）a、圖1表示t1時刻如果達平衡，正反應速率不變，而不是隨時間間改變而減小，故a錯誤；
b、充入1molCO、2molH₂，生成生成物甲醇，放出熱量，反應體系的溫度升高，K減小，而不是增大，故b錯誤；
c、一氧化碳與甲醇的物質(zhì)的量相等，而不是平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d、隨著反應的進行，一氧化碳的質(zhì)量減小，一氧化碳的質(zhì)量分數(shù)不變，說明各物質(zhì)的質(zhì)量不變，反應達平衡狀態(tài)，故d正確；
故選d，
故答案為：d；
（3）T₁℃時，在一個體積為5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H₂，經(jīng)過5min達到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，化學三行計算列式得到，
                              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     0.2           0.4                 0
變化量（mol/L）    0.16         0.32              0.16
平衡量（mol/L）   0.04          0.08              0.16
則5min內(nèi)用H₂表示的反應速率為v（H₂）=$\frac{0.32mol/L}{5min}$=0.064mol/（L•min），
溫度不變，T₁℃時，在另一體積不變的密閉容器中也充入1mol CO、2mol H₂，達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為0.7，轉(zhuǎn)化率減小說明平衡左移，體積增大，T₁℃時，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{0.16}{0.04×0.0{8}^{2}}$=625，
故答案為：0.064mol/（L•min）；＞；625；
（4）當容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于化學方程式計量數(shù)之比時，達到平衡狀態(tài)時生成物的體積分數(shù)最大，所以當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$小于2，平衡時甲醇的體積分數(shù)逐漸增大，當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$大于2，平衡時甲醇體積分數(shù)減小，所以C點對應的甲醇的體積分數(shù)最大，當$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2.5時，平衡時甲醇體積分數(shù)會降低，應選F點，
故答案為：F；
（5）燃料原電池中，甲醇失電子發(fā)生氧化反應，所以通入燃料甲醇的電極為負極，電極反應式為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O，該電池負極與水庫的鐵閘相連時，可以保護鐵閘不被腐蝕，是利用鐵閘做電解池陰極被保護，名稱為：外加電源的陰極保護法，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；外加電源的陰極保護法；
（6）根據(jù)信息：二氧化氯和甲醇反應，生成Cl^-、CO₂和水₂，所以反應方程式為：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O，
故答案為：6ClO₂+5CH₃OH=6Cl^-+5CO₂+6H⁺+7H₂O；

點評 本題考查蓋斯定律的應用、化學平衡影響因素分析、原電池和電解原理的分析應用等，比較綜合，題目難度中等，側(cè)重于考查學生的分析能力和對基礎知識的綜合應用能力．