Question

開發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經濟”，正成為科學家研究的主要課題．氫氣、甲醇是優(yōu)質的清潔燃料，可制作燃料電池．

（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=﹣1275.6kJ/mol

②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=﹣566.0kJ/mol

③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=﹣44.0kJ/mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：    ．

（2）生產甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）△H＞0

①一定條件下CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖a．則T_l  T₂（填“＜”、“＞”、“=”，下同）；A、B、C三點處對應平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小關系為   ．

②100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為1L的定容密封容器中，發(fā)生反應，能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是   ．

a．容器內氣體密度恒定

b．單位時間內消耗0.1mol CH₄同時生成0.3mol H₂

c．容器的壓強恒定

d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）

如果達到平衡時CH₄的轉化率為0.5，則100℃時該反應的平衡常數(shù)K=2.25．

（3）某實驗小組利用CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）設計成如圖b所示的電池裝置，則該電池負極的電極反應式為   

Answer 1

考點：  化學平衡的影響因素；用蓋斯定律進行有關反應熱的計算；化學平衡狀態(tài)的判斷；化學平衡的計算．

專題：  化學反應中的能量變化；化學平衡專題．

分析：  （1）根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學方程式；

（2）①正反應為吸熱反應，壓強一定時，升高溫度，平衡向正反應方向移動，甲烷的轉化率增大，據(jù)此判斷溫度大�。�

平衡常數(shù)只受溫度影響，處于等溫線上各點平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強一定時，溫度T₂條件下，甲烷的轉化率更大，則反應進行的程度更大；

②達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，百分含量不變，以及由此衍生其它一些物理量不變，據(jù)此結合選項判斷；

利用三段式計算平衡時各組分的物質的量濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．

（3）CO發(fā)生氧化反應，在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水．

解答：  解：（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=﹣1275.6kJ/mol

②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=﹣566.0kJ/mol

③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=﹣44.0kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，①×﹣②×+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=﹣442.8 kJ•mol^﹣1，

故答案為：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=﹣442.8 kJ•mol^﹣1；

（2）①由圖開始，壓強一定時，溫度T₂的轉化率較大，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，甲烷的轉化率增大，故溫度T_l＜T₂；

平衡常數(shù)只受溫度影響，B、C處于等溫線上，平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強一定時，溫度T₂條件下，甲烷的轉化率更大，則反應進行的程度更大，比溫度T₁時的平衡常數(shù)大，故平衡常數(shù)K_C=K_B＞K_A，

故答案為：＜；K_C=K_B＞K_A；

②a．100℃時，反應混合物都是氣體，混合氣體總質量不變，容器的容積不變，容器內氣體密度始終不變，不能說明得到平衡，故a錯誤；

b．單位時間內消耗0.1mol CH₄同時生成0.3molH₂，反應始終按此比例進行，不能說明到達平衡，故b錯誤；

c．隨反應進行混合氣體總物質的量增大，容器容積不變，壓強增大，當容器的壓強恒定時，說明到達平衡，故c正確；

d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物質的正逆速率之比等于化學計量數(shù)之比，反應到達平衡，故d正確，

故答案為：cd；

平衡時甲烷的轉化為0.5，則甲烷的濃度變化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，

            CH₄（g）+H₂O（g）⇌CO（g）+3H₂（g）

開始（mol/L）：1       2        0       0

變化（mol/L）：0.5     0.5      0.5     1.5 

平衡（mol/L）：0.5    1.5       0.5    1.5

故平衡常數(shù)k==2.25，

故答案為：cd；2.25；

（3）CO發(fā)生氧化反應，在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負極電極反應式為：CO﹣2e^﹣+4OH^﹣=CO₃^2﹣+2H₂O，

故答案為：CO﹣2e^﹣+4OH^﹣=CO₃^2﹣+2H₂O．

點評：  本題比較綜合，難度中等，涉及熱化學方程式、化學平衡圖象及影響因素、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、原電池等，（3）可以用總反應式減去正極電極反應式得負極電極反應式．