Question

18．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=566kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ•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=^_442.8kJ•mol^-1
（2）甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，實(shí)驗(yàn)室用如圖裝置模擬該過(guò)程，其原理是：通電后，Co²⁺被氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把甲醇氧化成CO₂而除云（Co³⁺的還原產(chǎn)物是Co²⁺）．
①寫(xiě)出陽(yáng)極電極反應(yīng)式Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②寫(xiě)出除云甲醇的離子方程式6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．
（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）^-1．
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“=”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或增大了壓強(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）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書(shū)寫(xiě)為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
（3）①利用轉(zhuǎn)化率與消耗量和起始量的關(guān)系計(jì)算并判斷反應(yīng)熱；
②利用化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式計(jì)算；
③據(jù)Qc與K的大小判斷反應(yīng)方向；
④實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)一樣．

解答 解：（1）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=^_1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=^_566.0kJ•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=^_442.8 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=^_442.8 kJ•mol^-1；
（2）①通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書(shū)寫(xiě)離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
（3）①實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{4mol-2.4mol}{2mol}$×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2mol-1.6mol}{2mol}$×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，
則說(shuō)明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)放熱，故答案為：放；
②v（H₂）=v（CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol/（L•min）=v（H₂），故答案為：0.16mol•（L•min）^-1；
③在反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）中，2L容器中開(kāi)始加入1molH₂O與2molCO，平衡時(shí)生成氫氣與二氧化碳物質(zhì)的量相同為0.4mol，則各組分平衡濃度為c（H₂O）=0.3mol/L，c（CO）=0.8mol/L，c（H₂）=c（CO₂）=0.2mol/L，K=$\frac{0.2×0.2}{0.3×0.8}$=$\frac{1}{6}$，Qc=$\frac{0.4×0.3}{0.4×0.5}$=$\frac{3}{5}$＞K，平衡逆向移動(dòng)，v（正）＜v（逆）故答案為：＜；
④實(shí)驗(yàn)3跟實(shí)驗(yàn)2相比，溫度相同，濃度相同，但實(shí)驗(yàn)3達(dá)到平衡所用時(shí)間少，反應(yīng)速率更大，但平衡狀態(tài)一樣，應(yīng)是使用了催化劑，由于反應(yīng)前后氣體體積不變，則增大了壓強(qiáng)，平衡也不移動(dòng)，也可能為壓強(qiáng)的增大，
故答案為：使用了催化劑或增大了壓強(qiáng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、電解原理分析和電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)方法、化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，做題時(shí)注意把握影響平衡移動(dòng)的因素以及平衡常數(shù)的有關(guān)計(jì)算．