Question

I．甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景．

（1）工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為 K=

 

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-ckJ?mol^-1
請寫出該條件下由甲醇和氧氣生成CO和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

．
（3）某實驗小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計如右圖所示的電池裝置．該電池負極的電極反應(yīng)式為

 

．
II．工業(yè)上可以利用氟硅酸、碳酸氫銨制備冰晶石（Na₃AlF₆），其工藝如圖1：
請回答下列問題：
（1）如圖2反應(yīng)①中生成的無色氣體A是

 

，濾液①的溶質(zhì)是

 

．
（2）經(jīng)測定NH₄HCO₃溶液呈中性，請分析原因（用離子方程式和文字表述說明理由）

 

．
（3）溫度和NH₄HCO₃濃度會影響反應(yīng)①的速率．現(xiàn)設(shè)計如下實驗方案探究溫度和NH₄HCO₃濃度對反應(yīng)①速率的影響．請在表格空白處填寫適當?shù)姆磻?yīng)條件．

實驗編號	實驗?zāi)康?/TD>	溫度	c（NH4HCO3）
I	為以下實驗作參照	60℃	c1
II	探究濃度對反應(yīng)①速率的影響		c2
III	探究溫度對反應(yīng)①速率的影響	80℃

（4）圖3是濾液①溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)隨溫度變化的曲線圖：請分析t₂℃時，濾液①中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)下降的原因是

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題,基本概念與基本理論

分析：Ⅰ、（1）根據(jù)平衡常數(shù)K=

所有生成物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積

所有反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積

來解答；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構(gòu)造目標方程式，反應(yīng)熱越乘以相應(yīng)的系數(shù)并進行相應(yīng)的計算；
（3）甲醇燃料電池中燃料甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿溶液中生成碳酸鹽，結(jié)合電荷守恒書寫電極反應(yīng)；
Ⅱ、（1）碳酸氫鈉能和氟硅酸反應(yīng)生成二氧化碳氣體、二氧化硅、氟化銨以及水，二氧化硅不溶于水，氟化銨易溶于水；
（2）NH₄⁺和HCO₃^-均水解，前者水解顯酸性，后者水解顯堿性；
（3）對比實驗的關(guān)鍵是控制變量法，當溫度一定時，變化濃度，當濃度一定時，變化溫度；
（4）氟化銨的性質(zhì)和氯化銨相似，不穩(wěn)定，受熱易分解．

解答： 解：Ⅰ、（1）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c(H2)2

，故答案為

c(CH3OH)

c(CO)?c(H2)2

；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1，
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1，
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知，則

①-②+③×4

2

可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），則△H=

(-a)-(-b)+(-c)×4

2

kJ/mol=

b-a-4c

2

kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

b-a-4c

2

kJ/mol；
（3）甲醇燃料電池中燃料甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，堿溶液中生成碳酸鹽，負極電極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
Ⅱ、（1）碳酸氫鈉能和氟硅酸反應(yīng)生成二氧化碳氣體、二氧化硅、氟化銨以及水，二氧化硅不溶于水，過濾后形成濾渣，氟化銨易溶于水，形成濾液，故答案為：CO₂；NH₄F；
（2）NH₄⁺和HCO₃^-均水解，前者水解顯酸性，后者水解顯堿性，二者水解程度相同，溶液中氫離子濃度和氫氧根離子濃度相等，溶液呈中性，
故答案為：NH₄⁺+H₂ONH₃?H₂O+H⁺、HCO₃^-+H₂OH₂CO₃+OH^-，NH₄⁺和HCO₃^-的水解程度基本相同；
（3）對比實驗的關(guān)鍵是控制變量法，當溫度一定時，通過變化濃度來分析濃度的影響，故Ⅰ和Ⅱ的溫度相等，當濃度一定時，通過變化溫度來分析溫度的影響，故Ⅱ和Ⅲ溫度不同，但濃度要相同，故答案為：60℃； c₁；
（4）氟化銨的性質(zhì)和氯化銨相似，不穩(wěn)定，受熱易分解，故答案為：溫度升高NH₄F會分解．

點評：本題考查學(xué)生有關(guān)蓋斯定律和燃料電池電極反應(yīng)的書寫以及物質(zhì)的生產(chǎn)和制取，要求學(xué)生熟記教材知識，學(xué)以致用．