Question

4．甲醇的研究成為當(dāng)代社會的熱點(diǎn)．

Ⅰ．甲醇燃料電池（DNFC）被認(rèn)為是21世紀(jì)電動汽車最佳候選動力源．
（1）101kP  a時，1mol CH₃OH完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物放出熱量726.51kJ/mol，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=-726.51kJ/mol．
（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H₂
已知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1
則反應(yīng)②的△H₂=-192.8kJ•mol^-1．
（3）甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1．甲醇進(jìn)入負(fù)極（填“正”或“負(fù)”），正極發(fā)生的電極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂．
Ⅱ．一定條件下，在體積為3L的密閉容器中反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)．
（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{{c（C{H_3}OH）}}{{c（CO）•{c^2}（{H_2}）}}$；根據(jù)圖2，升高溫度，K值將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（2）500℃時，從反應(yīng)開始到達(dá)到化學(xué)平衡，以H₂的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是$\frac{{2{n_B}}}{{3t{\;}_B}}$mol•L^-1•min^-1（用n_B、t_B表示）．
（3）判斷該可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是cd（填字母）．
a．v_生成（CH₃OH）=v_消耗（CO）         b．混合氣體的密度不再改變
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變 d．CO、H₂、CH₃OH的濃度均不再變化
（4）300℃時，將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，在其他條件不變的情況下，對平衡體系產(chǎn)生的影響是cd（填字母）．
a．c（H₂）減少                   b．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢
c．CH₃OH 的物質(zhì)的量增加          d．重新平衡時$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$減�。�

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）依據(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，題干所給量結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對應(yīng)焓變；
（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應(yīng)②；
（3）甲醇燃料電池中，甲醇為負(fù)極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
Ⅱ．（1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，列出平衡常數(shù)的表達(dá)式；根據(jù)升高溫度乙醇的物質(zhì)的量減小，平衡逆向移動，判斷平衡常數(shù)的變化；
（2）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率是υ（H₂）=2υ（CH₃OH）計算；
（3）達(dá)到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，CO、H₂、CH₃OH的濃度不再改變；
（4）將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，以此判斷．

解答 解：Ⅰ．（1）在25℃、101kPa下，1mol CH₃OH液體完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放出熱量726.51kJ，則表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1；
（2）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應(yīng)②，則△H₂=+49.0kJ•mol^-1+（-241.8kJ•mol^-1）=-192.8kJ•mol^-1，故答案為：-192.8；
（3）甲醇燃料電池中，甲醇中C元素的化合價升高，則甲醇為負(fù)極，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O，負(fù)極是甲醇在酸溶液中失電子生成二氧化碳，結(jié)合電荷守恒寫出電極反應(yīng)為：CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂，
故答案為：負(fù)；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；CH₃OH+H₂O-6e^-═6H⁺+CO₂；
Ⅱ．（1）化學(xué)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，反應(yīng)物的生成物都是氣體，故平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c（C{H_3}OH）}}{{c（CO）•{c^2}（{H_2}）}}$，由圖象可知升高溫度乙醇的物質(zhì)的量減少，平衡向逆反應(yīng)方向移動，K減小，故答案為：$\frac{{c（C{H_3}OH）}}{{c（CO）•{c^2}（{H_2}）}}$；減��；
（2）υ（CH₃OH）=$\frac{{n}_{B}}{{n}_{t}×3L}$mol/（L．min），故υ（H₂）=2υ（CH₃OH）=$\frac{2{n}_{B}}{3{t}_{B}}$mol/（L．min），故答案為：$\frac{2{n}_{B}}{3{t}_{B}}$mol/（L．min）；
（3）達(dá)到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，CO、H₂、CH₃OH的濃度不再改變，在體積不變時，氣體的密度不變，不能作為判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故答案為：c、d；
（4）將容器的容積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，CH₃OH的物質(zhì)的量增加，氫氣的物質(zhì)的量減少，但濃度增大，甲醇的物質(zhì)的量增多，故有c（H₂）/c（CH₃OH）減小，故答案為：cd．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡的影響因素和化學(xué)平衡的標(biāo)志等問題，題目難度中等，注意外界條件對化學(xué)平衡移動的影響以及平衡狀態(tài)的判斷角度．