Question

開發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經(jīng)濟”，正成為科學(xué)家研究的主要課題．氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池．
（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
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：

 

．
（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0
①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖a．則T_l

 

T₂（填“＜”、“＞”、“=”，下同）；A、B、C三點處對應(yīng)平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小關(guān)系為

 

．
②100℃時，將1mol CH₄和2mol H₂O通入容積為1L的定容密封容器中，發(fā)生反應(yīng)，能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是

 

．
a．容器內(nèi)氣體密度恒定
b．單位時間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時生成0.3mol H₂
c．容器的壓強恒定
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
如果達到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）某實驗小組利用CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）設(shè)計成如圖b所示的電池裝置，則該電池負極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的影響因素,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（2）①正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，壓強一定時，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，據(jù)此判斷溫度大小；
平衡常數(shù)只受溫度影響，處于等溫線上各點平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強一定時，溫度T₂條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進行的程度更大；
②達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，百分含量不變，以及由此衍生其它一些物理量不變，據(jù)此結(jié)合選項判斷；
利用三段式計算平衡時各組分的物質(zhì)的量濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．
（3）CO發(fā)生氧化反應(yīng)，在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水．

解答： 解：（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×

1

2

-②×

1

2

+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
（2）①由圖開始，壓強一定時，溫度T₂的轉(zhuǎn)化率較大，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，故溫度T_l＜T₂；
平衡常數(shù)只受溫度影響，B、C處于等溫線上，平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強一定時，溫度T₂條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進行的程度更大，比溫度T₁時的平衡常數(shù)大，故平衡常數(shù)K_C=K_B＞K_A，
故答案為：＜；K_C=K_B＞K_A；
②a．100℃時，反應(yīng)混合物都是氣體，混合氣體總質(zhì)量不變，容器的容積不變，容器內(nèi)氣體密度始終不變，不能說明得到平衡，故a錯誤；
b．單位時間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時生成0.3molH₂，反應(yīng)始終按此比例進行，不能說明到達平衡，故b錯誤；
c．隨反應(yīng)進行混合氣體總物質(zhì)的量增大，容器容積不變，壓強增大，當(dāng)容器的壓強恒定時，說明到達平衡，故c正確；
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物質(zhì)的正逆速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，反應(yīng)到達平衡，故d正確，
故答案為：cd；
平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化為0.5，則甲烷的濃度變化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，
            CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：1       2        0       0
變化（mol/L）：0.5     0.5      0.5     1.5 
平衡（mol/L）：0.5    1.5       0.5    1.5
故平衡常數(shù)k=

0.5×1．53

0.5×1.5

=2.25，
故答案為：cd；2.25；
（3）CO發(fā)生氧化反應(yīng)，在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負極電極反應(yīng)式為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案為：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．

點評：本題比較綜合，難度中等，涉及熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡圖象及影響因素、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、原電池等，（3）可以用總反應(yīng)式減去正極電極反應(yīng)式得負極電極反應(yīng)式．