Question

甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料，甲烷可制成合成氣（CO、H₂），再制成甲醇，
代替日益供應(yīng)緊張的燃油．
（1）已知：①CH₄（g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂（g）△H₁=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+

1

2

O₂（g）=CO（g）+2H₂（g）△H₂=-35.4kJ?mol^-1
③CH₄（g）+2H₂O （g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H₃=+165.0kJ?mol^-1
CH₄（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為

 

．
（2）合成氣中的H₂可用于生產(chǎn)NH₃，在進(jìn)入合成塔前常用Cu（NH₃）₂Ac溶液來吸收其中的CO，防止合成塔中的催化劑中毒，其反應(yīng)是：
Cu（NH₃）₂Ac+CO+NH₃[Cu（NH₃）₃]Ac?CO△H＜0，Cu（NH₃）₂Ac溶液吸收CO的適宜生產(chǎn)條件應(yīng)是

 

，該反應(yīng)的△S

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）
（3）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應(yīng)B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0
①對于反應(yīng)A，某溫度下，將4mol CO₂和12mol H₂，充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（CO₂）=0.5mol?L^-1，則該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)

 

②對于反應(yīng)B，若容器容積不變，下列措施可提高CO的轉(zhuǎn)化率是

 

A．降低溫度                              B．增加CO的量
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大             D．再充入1mol CO和2mol H₂
（4）某種甲醇-空氣燃料電池是采用鉑作為電極，氫氧化鉀作電解質(zhì)溶液．其工作時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式可表示為

 

（5）用上述堿性甲醇-空氣燃料電池電解硫酸鈉溶液（均為鉑電極），標(biāo)準(zhǔn)狀況下陽極得到VL的氣體，計(jì)算消耗甲醇的質(zhì)量為

 

g．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合熱化學(xué)方程式的意義來回答即可；
（2）已知正反應(yīng)是氣體物質(zhì)體積減小的放熱反應(yīng)，據(jù)此分析；
（3）①根據(jù)化學(xué)平衡三行式計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；
②根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，提高CO的轉(zhuǎn)化率，即讓化學(xué)平衡正向移動(dòng)即可；
（4）燃料電池中，負(fù)極上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)；
（5）根據(jù)電子守恒結(jié)合兩極上的電極反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算即可．

解答：解：（1）根據(jù)蓋斯定律可知，①×2-③可得CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），所以其△H=[（+206.2）×2-（+165.0）]kJ?mol^-1=+247.4 kJ?mol^-1，所以CH₄（g）與CO₂（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H₃=+247.4 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H₃=+247.4 kJ?mol^-1；
（2）已知正反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)體積減小的放熱反應(yīng)，因此熵變是小于零的，且采用降低溫度、增大壓強(qiáng)能使平衡右移，提高CO的轉(zhuǎn)化率，故答案為：低溫、高壓；
低溫、高壓，＜；
（3）①將4mol CO₂和12mol H₂，充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（CO₂）=0.5mol?L^-1，則該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)
         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始濃度：2        6          0        0
變化濃度：1.5     4.5        1.5      1.5
平衡濃度：0.5     1.5        1.5      1.5
化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

1.5×1.5

0.5×1．53

=

1

3

（或者0.33）
 ②對于反應(yīng)B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0，若容器容積不變，使化學(xué)平衡正向移動(dòng)的措施可提高CO的轉(zhuǎn)化率．
A．降低溫度能使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，可提高CO的轉(zhuǎn)化率，故a正確；
B．增加CO的量，使得CO的轉(zhuǎn)化率減小，故b錯(cuò)誤；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，但是各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，故c錯(cuò)誤；
D．再充入1mol CO和2molH₂，即相當(dāng)于在增大壓強(qiáng)，所以化學(xué)平衡正向移動(dòng)，可提高CO的轉(zhuǎn)化率，故d正確；
故選：a、d；
（4）甲醇-空氣燃料電池中，負(fù)極上是燃料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，電極反應(yīng)為：CH₃OH-6e+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）堿性甲醇-空氣燃料電池電解硫酸鈉溶液（均為鉑電極），標(biāo)準(zhǔn)狀況下陽極得到的VL氣體是氧氣，根據(jù)電極反應(yīng)式，設(shè)消耗甲醇的量是n，得出：
  2CH₃OH～12e^-～3O₂，
   2            3
   n           

V

22.4

2

n

=

3

V 22.4

，解得n=

V

33.6

mol，所以消耗甲醇的質(zhì)量：m=

V

33.6

mol×32g/mol=0.95V，故答案為：0.95V．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算焓變、熱化學(xué)方程式的書寫、評(píng)價(jià)物質(zhì)合成方案、影響化學(xué)平衡的因素、燃料電池等重要考點(diǎn)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大．