Question

4．能源問題是人類社會(huì)面臨的重大課題，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人們對核能源的恐慌．而甲醇是未來重要的綠色能源之一．

（1）已知：在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態(tài)水時(shí)放熱22.68kJ．
請寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1．
（2）目前有科學(xué)家在一定條件下利用水煤氣（CO+H₂）合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）$\frac{\underline{\;Cu_{2}O/ZnO\;}}{\;}$CH₃OH（g）
甲醇的物質(zhì)的量與反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖1所示：
①合成甲醇反應(yīng)的△H＜0．（填“＞”、“＜”或“=”）
②其它條件不變，將E點(diǎn)的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率加快．（填“加快”、“減慢”、“不變”），重新平衡時(shí)c（CH₃OH）/c（CO）增大．（填“增大”、“減小”或“不變”）
③230℃時(shí)，平衡常數(shù)K=1．若其它條件不變，將溫度升高到450℃時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，K＜1 （填“＞、＜或=”）
（3）利用甲醇燃料電池設(shè)計(jì)如2圖所示的裝置：則該裝置中Zn極為陰極；寫出a極的電極反應(yīng)式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)甲醇的質(zhì)量及反應(yīng)放出的熱量來計(jì)算燃燒熱，然后來書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①由甲醇的物質(zhì)的量與反應(yīng)溫度的關(guān)系圖可知溫度越高甲醇的物質(zhì)的量越低來判斷水煤氣合成甲醇的反應(yīng)熱；
②由容積壓縮則壓強(qiáng)增大，利用壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的影響來分析；
③根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響來分析化學(xué)平衡常數(shù)的變化；
（3）由圖可知甲醇燃料電池是電源，則燒杯中的裝置為電解池，利用電解池和原電池來分析解答．

解答 解：（1）由1g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時(shí)放熱22.68kJ，則1mol甲醇燃燒放出的熱量為32×22.68kJ=725.8 kJ，即燃燒熱△H=-725.8 kJ•mol^-1，由反應(yīng)物與生成物、物質(zhì)的狀態(tài)、反應(yīng)熱，則甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-725.8 kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-725.8 kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，500℃比300℃達(dá)平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量小，即升高溫度化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
②由其它條件不變，將E點(diǎn)的容積壓縮到原來的1/2，則容積壓縮時(shí)壓強(qiáng)增大，加壓時(shí)正、逆反應(yīng)速率都加快，由水煤氣合成甲醇的反應(yīng)可知，該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，則加壓時(shí)平衡正向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增大，CO的物質(zhì)的量減小，則c（CH₃OH）/c（CO）增大，故答案為：加快；增大；
③由230℃時(shí)，平衡常數(shù)K=1，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高到450℃時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，生成物的濃度變小，則K＜1，故答案為：＜；
（3）由圖可知，甲醇燃料電池中a極通入氧氣，在堿性條件氧氣得電子生成氫氧根離子，即通入氧氣的為正極，正極反應(yīng)為O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-，
b為電池的負(fù)極，后邊的燒杯為電解池裝置，鋅與b相連，則鋅極為陰極，故答案為：陰；O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，注重對基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的考查，同時(shí)注重對高考熱點(diǎn)的訓(xùn)練，明確熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率、電化學(xué)等重要知識(shí)點(diǎn)是解答的關(guān)鍵．