Question

8．甲醇是一種新型的能源．
（1）合成氣（組成為H₂和CO）是生產(chǎn)甲醇的重要原料，請寫出由焦炭和水在高溫下制取合成氣的化學方程式C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂．
（2）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）H=-443.5kJ•mol^-1；
（3）在容積為l L的密閉容器中，由CO和H₂合成甲醇．在其他條件不變的情況下，考查溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；
下列說法正確的是AB（填序號）
A．溫度為T₁時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率為v（CH₃OH）=nA/tA （mol•L^-1•min^-1）
B．該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大
C．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
D．處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達到平衡時n（H₂）n（CH₃OH）減小
（4）在T₁溫度時，將1mol CO和2mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，若CO轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為（3-2a）：3；
（5）在直接以甲醇為燃料的電池中，電解質(zhì)溶液為堿性，負極的反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O；假設(shè)原電解質(zhì)為NaOH，且電池工作一段時間后溶質(zhì)只有Na₂CO₃，此時溶液中各離子濃度大小關(guān)系為c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）據(jù)原子守恒和得失電子守恒書寫焦炭和水在高溫下制取合成氣（組成為H₂和CO）的化學方程式；
（2）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析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；
（3）①A、反應(yīng)速率是反應(yīng)中某物質(zhì)的濃度在單位時間內(nèi)的變化，據(jù)此可判斷；
B、根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的熱量的變化，并由此判斷溫度變化時平衡移動的方向，再判斷平衡常數(shù)的變化；
C、根據(jù)溫度的變化對平衡的影響，判斷平衡移動的方向，再據(jù)此判斷；
D、根據(jù)溫度變化后對生成物的物質(zhì)的量的影響，可判斷平衡移動方向；
（4）根據(jù)化學平衡的三段法計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比來解答；
（5）根據(jù)原電池中負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，并考慮電解質(zhì)溶液參與電極反應(yīng)來分析；碳酸鈉溶液中碳酸根離子水解溶液呈堿性，碳酸根離子分步水解；

解答 解：（1）據(jù)原子守恒和得失電子守恒書寫焦炭和水在高溫下制取合成氣（組成為H₂和CO）的化學方程式為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂，故答案為：C+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）=-443.5kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1；
（3）①A、反應(yīng)速率是反應(yīng)中某物質(zhì)的濃度在單位時間內(nèi)的變化，v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$（mol•L^-1•min^-1），故A正確；
B、根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）是放熱反應(yīng)可知，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，故B正確；
C、T₂＞T₁，T₂平衡時，甲醇產(chǎn)量變少，則說明可逆反應(yīng)CO+2H₂?CH₃OH向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故C錯誤；
D、處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減小，平衡向逆反應(yīng)方向移動，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故D錯誤；
故答案為：AB；
（4）在T₁溫度時，將1mol CO和2mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，若CO轉(zhuǎn)化率為a，由化學平衡的三段模式法計算可知，氣體壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比，
    CO （g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始 1         2        0   
變化 a        2a        a      
平衡 1-a     2-2a       a      
根據(jù)相同條件下氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為=（1-a+2-2a+a）：（1+2）=（3-2a）：3，
故答案為：（3-2a）：3；
（5）由燃料電池是原電池的一種，負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，甲醇燃燒生成二氧化碳和水，
但在堿性介質(zhì)中，正極有氫氧根離子參與反應(yīng)，甲醇燃料電池的負極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；Na₂CO₃溶液中存在水解平衡CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈堿性，溶液中離子濃度大小為C（Na⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（HCO₃^-）＞C（H⁺）；
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；C（Na⁺）＞C（CO₃^2-）＞C（OH^-）＞C（HCO₃^-）＞C（H⁺）；

點評 本題考查范圍廣，考查了平衡移動、平衡計算、電化學、離子濃度大小比較等知識，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度大．