Question

甲醇是一種可再生的優質燃料，用途廣泛，研究其作用具有廣闊前景。
（1）已知在常溫常壓下，測得反應的反應熱如下：
① 2CH₃OH(l)+ 3O₂(g)  2CO₂(g) +4H₂O(g)  ?H₁= －1275．6 kJ/mol
② 2CO(g) +O₂(g)  2CO₂(g)   ?H₂=－566．0 kJ/mol
CH₃OH不完全燃燒生成CO和氣態水的熱化學方程式是       。
（2）工業上生產甲醇的反應如下：CO₂(g) + 3H₂(g)  CH₃OH(g)+ H₂O(g)   ?H = －49 kJ/mol
在某溫度下，容積均為1 L的A、B兩個容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫恒容。容器B中經10 s后達到平衡。達到平衡時的有關數據如下表：

容器	A	B
反應物投入量	1 mol CO2(g)和3 mol H2(g)	1 mol CH3OH(g)和1 mol H2O(g)
反應能量變化	放出αkJ熱量	吸收19．6 kJ熱量

 
①從反應開始至達到平衡時，容器B中CH₃OH的平均反應速率為       。
②該溫度下，B容器中反應的化學平衡常數的數值為       。
③α＝       。
④下列措施能使容器A中甲醇的產率增大的是       。
a．升高溫度                b．將水蒸氣從體系分離
c．用更有效的催化劑        d．將容器的容積縮小一半
（3）我國科學院化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池。甲醇燃料電池的工作原理如下圖所示。

① 該電池工作時，b口通入的物質為       。
② 該電池正極的電極反應式為       。

Answer 1

（1）CH₃OH(l)＋ O₂(g)  CO (g) ＋2H₂O(g) ?H＝ －354．8 kJ/mol（2分）
（2）① 0．04 mol/L·S （2分）
② 1．92          （2分）
③ 29．4 kJ       （1分）
④ b d            （1分）
（3）① CH₃OH       （1分）
② O₂＋4e^-＋4H⁺  2H₂O（1分）

解析試題分析：（1）CH₃OH不完全燃燒生成CO和氣態水的熱化學方程式用（①-②）÷2即得，所以答案是CH₃OH(l)＋ O₂(g)  CO (g) ＋2H₂O(g) ?H＝ －354．8 kJ/mol；
（2）①達平衡時，B容器的熱效應是吸收 19．6 kJ熱量，即甲醇的物質的量減少19．6/49=0．4mol，濃度減少0．4mol/L，所以容器B中CH₃OH的平均反應速率為0．4mol/L/10s=0．04 mol/L·S
②B容器中平衡時c(CH₃OH)=1-0．4=0．6mol/L=c(H₂O)，c(CO₂)=0．4 mol/L ,c(H₂)=1．2 mol/L,所以B容器的化學平衡常數K= c(CO₂) c(H₂)³/ c(CH₃OH) c(H₂O)=1．92
③a容器的化學平衡常數是1/1．92,設平衡時甲醇的濃度為x，則1/1．92=x²/(1-x)(3-3x)³，解得x=0．6mol/L，所以α＝0．6mol/L×1L×49 kJ/mol =29．4 kJ
④a、升高溫度，平衡逆向移動，甲醇產率減少，錯誤；b、將水蒸氣從體系分離，生成物濃度減小，平衡正向移動，甲醇產率增大，正確；c、使用催化劑對平衡無影響，錯誤；d、將容器的容積縮小一半，壓強增大，平衡正向移動，甲醇產率增大，正確，答案選bd。
（3）原電池中陽離子移向正極，所以電池右側為正極，氧氣發生還原反應，電極反應式為O₂＋4e^-＋4H⁺  2H₂O，所以電池左側為負極，b口應通CH₃OH。
考點：考查熱化學方程式、電極反應式的書寫，反應速率、化學平衡常數的計算，平衡的移動，原電池正負極的判斷