Question

3．煤的氣化在煤化工業(yè)中占有重要地位，至今仍然是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分．
（1）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．請寫出CH₃OH（l）完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）

溫度/℃	250	300	350
K/L2•mol-2	2.041	0.270	0.012

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式是K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$，由表中數(shù)據(jù)判斷△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）
②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，4min達到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，此時的溫度為250℃，則反應(yīng)速率v（H₂）=0.4mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃時，在t₀時刻，合成甲醇反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）達到平衡，若在t₁時刻將容器的體積縮小為原來的$\frac{1}{2}$，在t₂時刻又達到新的平衡，請在圖中用曲線表示t₁～t₂時間段氫氣、甲醇物質(zhì)的量濃度隨時間變化的趨勢示意圖（其他條件不變，曲線上必須標明氫氣、甲醇）．
（4）如果用CH₃OH和空氣作燃料電池，用KOH作電解質(zhì)溶液，請寫出該燃料電池的負極的電極反應(yīng)式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知CH₃OH（l）的燃燒熱為-726.5kJ/mol，據(jù)此書寫CH₃OH完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（2）①平衡常數(shù)為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積；升高溫度，可逆反應(yīng)向吸熱反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡常數(shù)與溫度變化關(guān)系確定焓變；
②根據(jù)平衡濃度計算出平衡常數(shù)來確定溫度；根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應(yīng)速率；
（3）若在t₁時刻將容器的體積縮小為原來的$\frac{1}{2}$，相當于增大壓強，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動，據(jù)此分析；
（4）燃料電池的負極CH₃OH失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）已知CH₃OH（l）的燃燒熱為-726.5kJ/mol，則CH₃OH完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1；
（2）①平衡常數(shù)為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積，則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$，升高溫度，平衡向吸熱方向移動，根據(jù)表格知，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）•c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$；＜；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始 1mol/L         3mol/L       0 
轉(zhuǎn)化 0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡 0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.8}{0.2×1.4{\;}^{2}}$=2.04，所以是250℃；反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{4min}$=0.4mol•L^-1•min^-1，故答案為：250℃；0.4mol•L^-1•min^-1；

（3）若在t₁時刻將容器的體積縮小為原來的$\frac{1}{2}$，相當于增大壓強，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動，至t₂時刻又達到新的平衡，圖示如下：；故答案為：；
（4）用CH₃OH和空氣作燃料電池，用KOH作電解質(zhì)溶液，負極CH₃OH失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則負極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查了影響化學(xué)平衡移動的因素、速率的計算、熱化學(xué)方程式以及電極反應(yīng)式的書寫等知識點，綜合性強，難度大，有利于提高學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．