Question

以甲醇為替代燃料是解決我國石油資源短缺的重要措施．
（1）CO、CO₂可用于甲醇的合成，其相關(guān)反應的熱化學方程式如下：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-102.5kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.9kJ?mol^-1
則反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=

 

kJ?mol^-1
反應CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K的表達式為

 

．
（2）用CO₂合成甲醇時可選用亞鉻酸鋅（ZnCr₂O₄）或CuCl為催化劑．
①工業(yè)制備亞鉻酸鋅是用CO還原ZnCrO₄?H₂O，同時生成ZnO．該反應的化學方程式是

 

．以亞鉻酸鋅為催化劑時，工業(yè)上的適宜溫度是：350℃～420℃，可能的原因是

 

．
②CuCl是不溶于水的白色固體，制備時向CuCl₂溶液中加入過量銅粉，發(fā)生反應CuCl₂+Cu═2CuCl．在實驗過程中應先加入濃鹽酸，發(fā)生反應CuCl+HCl?H[CuCl₂]．反應結(jié)束后將溶液倒入蒸餾水中有CuCl生成．實驗過程中加入濃鹽酸的目的是

 

．當c（Cl^-）=2×10^-3 mol?L^-1時，c（Cu^+-）=

 

 mol?L^-1．已知：Ksp（CuCl）=1.7×10^-7
（3）直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示，則負極反應是

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡常數(shù)的含義,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律及題中熱化學方程式計算出反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H；根據(jù)化學平衡常數(shù)的概念及表達式寫出反應CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K的表達式；
（2）①根據(jù)題干信息“制備亞鉻酸鋅是用CO還原ZnCrO₄?H₂O，同時生成ZnO”確定反應物、生成物，然后寫出反應的化學方程式；催化劑在一定溫度下才能具有較強的催化活性；
②根據(jù)濃鹽酸發(fā)生的反應結(jié)合平衡移動原理來解釋，根據(jù)CuCl的Ksp=c（Cu⁺）?c（Cl^-）計算出c（Cu⁺）；
（3）燃料電池中，負極失去電子發(fā)生氧化反應，甲醇在反應中被氧化，所以負極反應為甲醇失去電子生成二氧化碳的反應．

解答： 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-102.5kJ?mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.9kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律①-②可得：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-102.5kJ?mol^-1-（-42.9kJ?mol^-1）=-59.6kJ?mol^-1；
反應CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K的表達式為：K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，
故答案為：-59.6；K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

；
（2）①制備亞鉻酸鋅（ZnCr₂O₄）是用CO還原ZnCrO₄?H₂O，同時生成ZnO，反應的化學方程式為：2ZnCrO₄?H₂O+3CO=ZnO+ZnCr₂O₄+3CO₂+2H₂O；
催化劑在一定溫度下才能具有較強的催化活性，以亞鉻酸鋅為催化劑時，工業(yè)上的適宜溫度是：350℃～420℃，說明此時催化劑亞鉻酸鋅的活性最大，
故答案為：2ZnCrO₄?H₂O+3CO=ZnO+ZnCr₂O₄+3CO₂+2H₂O；此時催化劑亞鉻酸鋅的活性最大（或溫度升高，反應速率增大）；
②制備CuCl時，向CuCl₂溶液中加入過量銅粉，發(fā)生反應CuCl₂+Cu═2CuCl，在實驗過程中應先加入濃鹽酸，發(fā)生反應CuCl+HCl?H[CuCl₂]，由此可見加入濃鹽酸可以促使平衡正向移動，這樣可以防止CuCl固體覆蓋在Cu表面，影響反應的進行；
當c（Cl^-）=2×10^-3 mol?L^-1時，CuCl的K_sp=c（Cu⁺）?c（Cl^-），則c（Cu⁺）=

Ksp

c(Cl-)

=

1.7×10-7

2×10-3

=8.5×10^-5mol/L，
故答案為：促使平衡正向移動，防止CuCl固體覆蓋在Cu表面，影響反應的進行；8.5×10^-5；
（3）燃料電池中，負極發(fā)生氧化反應，甲醇在反應中被氧化成二氧化碳，所以負極電極反應為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點評：本題考查了熱化學方程式、化學新型燃料電池及工作原理、化學平衡常數(shù)的概念及表達式、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡，題目難度中等，試題涉及的知識點較多，注意掌握原電池工作原理、化學平衡常數(shù)的計算方法，能夠根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學方程式．