Question

甲醇可作為燃料電池的原料．工業(yè)上利用CO₂和H₂在一定條件下反應合成甲醇．

（1）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：

 

（2）甲醇脫氫可制取甲醛CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g），甲醇的平衡轉化率隨溫度變化曲線如圖1所示．回答下列問題：
①600K時，Y點甲醇的υ（逆）

 

（正）（填“＞”或“＜”）
②從Y點到X點可采取的措施是

 

．
③有同學計算得到在t₁K時，該反應的平衡常數(shù)為8.1mol?L^-1．你認為正確嗎？請說明理由

 

．
（3）納米級Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關注．在相同的密閉容器中，使用不同方法制得的Cu₂O（Ⅰ）和（Ⅱ）分別進行催化CH₃OH的脫氫實驗：CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g）
CH₃OH的濃度（mol?L^-1）隨時間t （min）變化如下表：

序號	溫度	0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

可以判斷：實驗①的前20 min的平均反應速率 ν（H₂）=

 

；實驗溫度
T₁

 

T₂（填“＞”、“＜”）；催化劑的催化效率：實驗①

 

實驗②（填“＞”、“＜”）．
（4）電解法可消除甲醇對水質造成的污染，原理是：通電將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺將甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．現(xiàn)用如圖2所示裝置模擬上述過程，則Co²⁺在陽極的電極反應式為

 

；除去甲醇的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,電解原理

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）據已知反應利用蓋斯定律解答；
（2）①60K時Y點甲醇轉化率大于X點甲醇平衡轉化率；
②轉化率隨溫度的升高而增大，說明正反應吸熱，降溫或增大壓強，平衡向逆反應方向移動，甲醇轉化率減��；
③由于初始濃度不知，因此對于此反應而言無法求算化學平衡常數(shù)；
（3）根據溫度對化學平衡移動的影響知識來回答；根據反應速率v=

△c

△t

來計算；催化劑不會引起化學平衡狀態(tài)的改變，會使反應速率加快，活性越高，速率越快；
（4））通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答： 解：（1）已知①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
據蓋斯定律，（①-②+4×③）÷2得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（2）①600K時Y點甲醇轉化率大于X點甲醇平衡轉化率，說明反應逆向進行即：υ（正）＜υ（逆），故答案為：＞；
②轉化率隨溫度的升高而增大，說明正反應吸熱，降溫或增大壓強，平衡向逆反應方向移動，甲醇轉化率減小，從Y點到X點，故答案為：降低溫度和增大壓強；
③由于不知道初始濃度，只有轉化率這一條件計算不出平衡濃度，因此無法計算平衡常數(shù)，故答案為：不正確；
（3）實驗溫度越高達到化學平衡時甲醇轉化率越大，②和③相比，③轉化率高所以T₂＞T₁；實驗①前20min的平均反應速率 v（H₂）=

△c

△t

=

0.05mol/L-0.0486mol/L

20min

=7×10^-5 mol?L^-1 min^-1；②與①化學平衡狀態(tài)未改變，反應速率加快，則是加入了催化劑，催化劑的活性越高，速率越快，在相等時間內，②中甲醇的濃度變化比①快；故答案為：7×10^-5 mol?L^-1 min^-1；＜；＜；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點評：本題是一道有關熱化學、電化學以及化學反應速率和反應限度的綜合題，考查角度廣，難度大．