Question

18．甲醇是21世紀(jì)應(yīng)用最廣泛的清潔燃料之一，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知，CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.5kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
則如圖1表示工業(yè)上以CO₂（g）、H₂（g）為原料合成該甲醇反應(yīng)的能量變化示意圖中正確的是a（填字母代號(hào)）．

（2）CO和H₂反應(yīng)也能合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1．在250℃下，將一定量的CO和H₂投入10L的恒容密閉容器中，各物質(zhì)的濃度（mol•L^-1）變化如下表所示（前6min沒(méi)有改變條件）：

	2min	4min	6min	8min	…
CO	0.07	0.06	0.06	0.05	…
H2	x	0.12	0.12	0.2	…
CH3OH	0.03	0.04	0.04	0.05	…

①x=0.14．
②若6～8min時(shí)只改變了一個(gè)條件，則改變的條件是充入一定量H₂，第8min時(shí)，該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)？不是（填“是”或“不是”）．
③若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是BD（填序號(hào)）．
A．升高溫度
B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
D．再充入1mol CO和3mol H₂
（3）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示的電池裝置．
①該電池負(fù)極的電極反應(yīng)為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②該電池工作時(shí)，溶液中的OH^-向負(fù)極移動(dòng)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)①中分析可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，由于氣態(tài)物質(zhì)的能量高于液態(tài)物質(zhì)，故生成液態(tài)產(chǎn)物放出的熱量更多；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，從2min到4min，CO的濃度變化量為（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根據(jù)方程式計(jì)算氫氣的濃度變化量，2min時(shí)氫氣濃度=4min時(shí)氫氣濃度+氫氣濃度變化量；4min與6min時(shí)，CO濃度相等，則4min、6min時(shí)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；
②對(duì)比6min和8min時(shí)各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，按照轉(zhuǎn)化量之比等于計(jì)量系數(shù)之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣；計(jì)算濃度商Qc，與平衡常數(shù)相比判斷第8min時(shí)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
③增加甲醇產(chǎn)率，平衡正向移動(dòng)；
（3）①該燃料電池中，通入甲醇的電極是分解、通入氧氣的電極是正極，負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)、陰離子向負(fù)極移動(dòng)．

解答 解：（1）根據(jù)①中分析可知，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，由于氣態(tài)物質(zhì)的能量高于液態(tài)物質(zhì)，故生成液態(tài)產(chǎn)物放出的熱量更多，圖象中a符合，
故答案為：a；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，從2min到4min，CO的濃度變化量為（0.07-0.06）mol/L=0.01mol/L，根據(jù)方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�量�?.01mol/L×2=0.02mol/L，2min時(shí)氫氣濃度=0.12mol/L+0.02mol/L=0.14mol/L，
故答案為：0.14
②根據(jù)①分析，4min與6min時(shí)，CO濃度相等，則4min、6min時(shí)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，故平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.04}{0.06×0.1{2}^{2}}$=46.3，對(duì)比6min和8min時(shí)各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，按照轉(zhuǎn)化量之比等于計(jì)量系數(shù)之比△C（CO）：△C（H₂）：△C（CH₃OH）=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為：（0.06-0.01）mol/L、（0.12-0.02）mol/L、（0.04+0.01）mol/L，而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣；8min時(shí)濃度商Qc=$\frac{0.05}{0.05×0．{2}^{2}}$=25＜K=46.3，故8min時(shí)不是平衡狀態(tài)，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：充入一定量H₂；不是；
③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率，平衡正向移動(dòng)，
A．升高溫度，向逆向移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動(dòng)，故正確；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，不影響平衡移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
D．再充入1molCO和3molH₂，增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，故正確；
故選BD；
（3）①該燃料電池中，通入甲醇的電極是分解、通入氧氣的電極是正極，負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②原電池中陽(yáng)離子向正極移動(dòng)、陰離子向負(fù)極移動(dòng)，所以氫氧根離子向負(fù)極移動(dòng)，故答案為：負(fù)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算及影響因素、平衡轉(zhuǎn)化率及應(yīng)用、熱化學(xué)方程式書寫、原電池原理及其應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)，難度中等．