Question

（13分）能源短缺是人類社會面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。

（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：

反應(yīng)I：  CO(g) ＋ 2H₂(g)    CH₃OH(g)  ΔH₁

反應(yīng)II： CO₂(g) ＋ 3H₂(g)   CH₃OH(g)  +  H₂O(g)  ΔH₂

① 上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是      （填“I”或“Ⅱ”）。

② 下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)I在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）。

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 

 

 

 

由表中數(shù)據(jù)判斷ΔH₁       0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。    

③ 某溫度下，將2 mol CO和6 mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c(CH₃OH)＝ 0.8 mol／L，則CO的轉(zhuǎn)化率為        ，此時的溫度為        （從上表中選擇）。

④恒溫、恒容時，下列情況不能說明反應(yīng)I已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________________。

a、容器各物質(zhì)的濃度保持不變；        b、容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變；

c、υ(CO)消耗==1/2υ(H₂)生成 　      d 、容器內(nèi)的密度保持不變

（2）25℃、101kPa時，燃燒16g液體甲醇生成CO₂和H₂O(l)，放出的熱量為363.26kJ，寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式：                          。

（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)一個燃料電池電解Na₂SO₄溶液(圖如下)。請根據(jù)圖示回答下列問題：

① 通入甲醇蒸氣的電極應(yīng)為        極（填寫“正”或“負(fù)”），    該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是        （填字母代號）。

a.2CH₃OH —12 e^- +3O₂ ===  2CO₂ + 4 H₂O 

b.CH₃ OH—6 e^- + 8 OH^-  === CO₃^2- + 6H₂O

c.O₂ + 2H₂O + 4 e^- === 4OH^-   　　　　　

d.O₂— 4 e^- + 4H⁺  === 2H₂O

②寫出電極A的名稱         。寫出B電極的電極反應(yīng)式                        。

③當(dāng)酸性甲醇燃料電池消耗3.36 L 氧氣時（折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況），理論上電解Na₂SO₄溶液生成氣體的總物質(zhì)的量是             。

 

Answer 1

【答案】

（1）①Ⅰ   ②＜   ③80%；250℃   ④d

（2）CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)     △H=-726.52kJ/mol

（3）① 負(fù)   b   ② 陰極；4OH^-+4e=O₂↑+2H₂O    ③0.45mol

【解析】（1）①根據(jù)方程式可知，反應(yīng)Ⅰ中反應(yīng)物全部進(jìn)入甲醇中，反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則。

②由表中數(shù)據(jù)，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)逐漸減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

③達(dá)到平衡后，測得c(CH₃OH)＝ 0.8 mol／L，則消耗CO是0.8mol/L，所以其轉(zhuǎn)化率是0.80mol/L×2L÷2mol×100％＝80％。平衡時CO和氫氣的濃度分別是0.2mol/L和1.4mol/L，所以平衡常數(shù)K＝，所以溫度是250℃。

④在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，所以a能說明。反應(yīng)前后體積減小，所以壓強(qiáng)也是減小的，因此b也能說明。C中反應(yīng)速率的方向相反，且滿足速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，能說明。密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，d不能說明答案選d。

（2）16g液體甲醇是16g÷32g/mol＝0.5mol，所以熱化學(xué)方程式為

CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)     △H=-726.52kJ/mol。

（3）①原電池中負(fù)極失去電子，所以甲醇在負(fù)極通入，由于電解質(zhì)是氫氧化鉀，所以電極反應(yīng)式為CH₃ OH—6 e^- + 8 OH^-  ＝ CO₃^2- + 6H₂O，答案選b。

②A與電源的負(fù)極相連，是陰極。B是陽極，溶液中的OH^－失去電子，方程式為

4OH^-+4e=O₂↑+2H₂O。

③3.36L氧氣是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol，轉(zhuǎn)移電子是0.15mol×4＝0.6mol，所以可以生成氫氣0.3mol，氧氣0.15mol，共計(jì)是0.45mol。