Question

5．工業(yè)上合成甲醇一般采用下列反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）△H，下表是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）：

溫度/℃	250	310	350
K/（mol•L-1）-2	2.041	0.250	0.012

（1）由表中數(shù)據(jù)判斷△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，測得c（CO）=0.5mol•L^-1，則此時的溫度為310℃．
（3）在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的濃度如下表：

濃度mol•L-1 時間/min	C（CO）	C（H2）	C（CH3OH）
0	0.8	1.6	0
2	0.6	x	0.2
4	0.3	0.6	0.5
6	0.3	0.6	0.5

①反應(yīng)從2min到4min之間，H₂的反應(yīng)速率為0.3mol•L^-1min^-1．
②反應(yīng)達到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為62.5%．
③反應(yīng)在第2min時改變了反應(yīng)條件，改變的條件可能是a（填序號）．
a．使用催化劑  b．降低溫度  c．增加H₂的濃度
（4）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=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
寫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
（5）一種甲醇燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧化作用生成水和二氧化碳．該電池的負極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O=CO₂+6H⁺+6e^-．若以上述燃料電池為電源來電解飽和食鹽水，當(dāng)消耗32g甲醇時，電解產(chǎn)生的H₂體積（標況）為67.2 L．

Answer 1

分析 （1）升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，升高溫度平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（2）平衡時，c（CO）=0.5mol•L^-1，則平衡時n（CO）=0.5mol/L×2L=1mol，則參加反應(yīng)的n（CO）=（2-1）mol=1mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的n（H₂）=2n（CO）=2mol，生成n（CH₃0H）=n（CO）=1mol，平衡時c（H₂）=$\frac{6-2}{2}$mol/L=2mol/L、c（CH₃0H）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，濃度商=$\frac{0.5}{0.5×{2}^{2}}$=0.25，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)確定溫度；
（3）①2-4min內(nèi)v（CO）=$\frac{0.6-0.3}{4-2}$ mol•L^-1 min^-1=0.15 mol•L^-1 min^-1，再根據(jù)同一反應(yīng)中同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比計算氫氣反應(yīng)速率；
②反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8-0.3}{0.8}$×100%；
③0-2min內(nèi)，CO物質(zhì)的量濃度減少（0.8-0.6）mol/L=0.2mol/L、2-4min內(nèi)CO物質(zhì)的量濃度減少（0.6-0.3）mol/L=0.3mol/L，相同時間內(nèi)隨著反應(yīng)的進行，CO的反應(yīng)速率增大，改變的條件可能是溫度、催化劑或CO濃度；
（4）將方程式$\frac{①-②}{2}+2③$得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），焓變進行相應(yīng)的改變；
（5）甲醇燃料酸性電池中，負極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算生成氫氣體積．

解答 解：（1）升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，升高溫度平衡常數(shù)減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
（2）平衡時，c（CO）=0.5mol•L^-1，則平衡時n（CO）=0.5mol/L×2L=1mol，則參加反應(yīng)的n（CO）=（2-1）mol=1mol，根據(jù)方程式知，參加反應(yīng)的n（H₂）=2n（CO）=2mol，生成n（CH₃0H）=n（CO）=1mol，平衡時c（H₂）=$\frac{6-2}{2}$mol/L=2mol/L、c（CH₃0H）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，濃度商=$\frac{0.5}{0.5×{2}^{2}}$=0.25，根據(jù)表中數(shù)據(jù)知，該溫度是310℃，故答案為：310；
（3）①2-4min內(nèi)v（CO）=$\frac{0.6-0.3}{4-2}$ mol•L^-1 min^-1=0.15 mol•L^-1 min^-1，再根據(jù)同一反應(yīng)中同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于計量數(shù)之比計算氫氣反應(yīng)速率為0.3mol•L^-1 min^-1，故答案為：0.3mol•L^-1 min^-1；
②反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.8-0.3}{0.8}$×100%=62.5%，故答案為：62.5%；
③0-2min內(nèi)，CO物質(zhì)的量濃度減少（0.8-0.6）mol/L=0.2mol/L、2-4min內(nèi)CO物質(zhì)的量濃度減少（0.6-0.3）mol/L=0.3mol/L，相同時間內(nèi)隨著反應(yīng)的進行，CO的反應(yīng)速率增大，改變的條件可能是溫度、催化劑或CO濃度，故選a；
（4）將方程式$\frac{①-②}{2}+2③$得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），△H=$\frac{-1275.6-（-566.0）}{2}kJ/mol+2（-44.0kJ/mol）$=-442.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1；
（5）甲醇燃料酸性電池中，負極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O=CO₂+6H⁺+6e^-；32g甲醇的物質(zhì)的量=$\frac{32g}{32g/mol}$=1mol，1mol甲醇反應(yīng)失去6mol電子，
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算生成氫氣體積=$\frac{6mol}{2}×22.4L/mol$=67.2L．
故答案為：CH₃OH+H₂O=CO₂+6H⁺+6e^-；67.2．

點評 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計算、原電池原理、化學(xué)平衡影響因素等知識點，為高頻考點，明確平衡影響因素原理、原電池原理是解本題關(guān)鍵，難點是電極反應(yīng)式的書寫，注意結(jié)合溶液酸堿性書寫，題目難度不大．