Question

（2012?紅橋區(qū)一模）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）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH （g）+H₂O （g）△H₂
①上述反應(yīng)符合．“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是

Ⅰ

（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△H₁

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”），反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)的表達(dá)式是

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

80%

．
（2）根據(jù)如圖所示的能量變化寫出由碳轉(zhuǎn)化成CO的熱化學(xué)方程式

C（s）+1/2O₂（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol

．
（3）某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如下1圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

．
③理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如題2圖所示（氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積），寫出在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式

4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O

；在t₂時(shí)所得溶液的pH約為

1

．（溶液體積變化忽略不計(jì)）

Answer 1

分析：（1）①“原子經(jīng)濟(jì)”原則是：原子經(jīng)濟(jì)性是綠色化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)的一個專有名詞．綠色化學(xué)的“原子經(jīng)濟(jì)性”是指在化學(xué)品合成過程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計(jì)成能把反應(yīng)過程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
②依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析，結(jié)合平衡移動原理分析熱量變化，依據(jù)平衡常數(shù)概念列式；
③依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計(jì)算，依據(jù)轉(zhuǎn)化率概念計(jì)算得到；
（2）依據(jù)圖象分析物質(zhì)能量，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法寫出；
（3）電池通入甲醇的為負(fù)極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，根據(jù)氧氣的量計(jì)算氫氧根離子的物質(zhì)的量，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，根據(jù)公式計(jì)算得出C（H⁺），從而得出溶液的pH．

解答：解：（1）①“原子經(jīng)濟(jì)性”是指在化學(xué)品合成過程中，合成方法和工藝應(yīng)被設(shè)計(jì)成能把反應(yīng)過程中所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
分析反應(yīng)可知反應(yīng)Ⅰ符合；
故答案為：Ⅰ；
②依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，隨溫度升高，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向放熱反應(yīng)；
故答案為：＜；
CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
故答案為：＜；K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，物質(zhì)的量為0.4mol；            
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）     2        6            0
變化量（mol）    1.6      3.2          1.6
平衡量（mol）    0.4      2.8          1.6
CO的轉(zhuǎn)化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%
故答案為：80%；
（2）依據(jù)圖象可知①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol，②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.9KJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律①-②得到C（s）+1/2O₂ （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
故答案為：C（s）+1/2O₂ （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
（3）①甲醇燃料電池中，在堿性條件下，甲醇失電子生成碳酸根與水，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產(chǎn)生的氣體，Ⅱ表示陽極產(chǎn)生的氣體，t₁前電極反應(yīng)式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨電極上的電極反應(yīng)式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
t₁～t₂電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點(diǎn)后電極反應(yīng)式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，t₁～t₂Ⅱ產(chǎn)生的氣體體積=0.336L-0.224L=0.112L，陽極上生成112mL氧氣需要n（OH^-）=

0.112L×4mol

22.4L

=0.02mol，水電離出等物質(zhì)的量的氫離子和氫氧根離子，所以n（H⁺）=0.02mol，c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1；

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、電解池原理等知識點(diǎn)，電解硫酸銅和氯化鈉混合溶液時(shí)，明確離子的放電順序是解本題的關(guān)鍵，難度較大．