Question

研究碳氧化物的利用對促進(jìn)低碳社會的構(gòu)建具有重要的意義．
（1）二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，
已知：
①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ?mol^-1以CO₂和H₂為原料合成甲醇的熱化學(xué)方程式為

 

，能使該合成平衡體系中

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的措施有

 

（任寫一條）；
（2）工業(yè)上以CO和H₂為原料合成甲醇化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
①在容積為1L的密閉容器中充入1molCO，實驗測得平衡時甲醇的物質(zhì)的量和溫度的關(guān)系如下表，則該正反應(yīng)的△H

 

0（填“＜”、“＞”或“=”）；

溫   度	300℃	400℃	500℃
n（甲醇）/mol	0.21	0.17	0.11

②在恒容容器中合成甲醇，當(dāng)溫度分別為230℃、250℃和270℃時，CO的轉(zhuǎn)化率與

n(H2)

n(CO)

的起始組成比的關(guān)系如圖所示．已知容器體積1L，起始時CO的物質(zhì)的量均為1mol，據(jù)此判斷在上述三種溫度中，曲線Z對應(yīng)的溫度是

 

，利用圖中a點對應(yīng)的數(shù)據(jù)，計算該反應(yīng)在對應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)K=

 

；
（3）甲醇燃料電池在堿性介質(zhì)中工作時的正極電極反應(yīng)式為：

 

，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)時有

 

mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也處于相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；為使甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，或增加甲醇的物質(zhì)的量；
（2）①根據(jù)圖中數(shù)據(jù)結(jié)合溫度對平衡的影響分析平衡時甲醇的物質(zhì)的量和溫度的關(guān)系；
②正反應(yīng)放熱，則升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低；計算出平衡時各物質(zhì)的濃度，結(jié)合平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計算；
（3）原電池放電時，陰離子向負(fù)極移動，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，堿性燃料電池中氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，根據(jù)甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算．

解答： 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-677kJ?mol^-1；依據(jù)蓋斯定律①×

3

2

-②得到CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ?mol^-1；為使甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，可通過增大壓強(qiáng)或者降低溫度等實現(xiàn)，或增加甲醇的物質(zhì)的量，反應(yīng)雖然向逆反應(yīng)方向移動，但反應(yīng)的比增加的少，二者比值增大，
故答案為：CO₂（g）+3H₂ （g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ?mol^-1；增大壓強(qiáng)或者降低溫度等或增加甲醇的物質(zhì)的量；
（2）①根據(jù)實驗測得平衡時甲醇的物質(zhì)的量和溫度的關(guān)系，n（甲醇）/mol，300℃，0.21，400℃，0.17，說明溫度越高，甲醇的物質(zhì)的量越少，平衡向逆反應(yīng)方向移動，即逆反應(yīng)方向為吸熱方向，所以正反應(yīng)方向為放熱方向，即△H＜0，
故答案為：＜；
根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以曲線Z為270℃，由圖象可知當(dāng)270℃時，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，則
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L） 1       1.5      0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.5     1        0.5
平衡（mol/L） 0.5     0.5      0.5
K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.5

0.5×0.5×0.5

=4，
故答案為：270℃；4；    
（3）燃料電池的負(fù)極上是燃料甲醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電解質(zhì)環(huán)境是堿性，正極上氧氣在正極得電子生成氫氧根離子，反應(yīng)為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)時，電子轉(zhuǎn)移個數(shù)=

6.4g

32g/mol

×6momol=1.2mol，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；1.2．

點評：本題考查了利用蓋斯定律書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式的書寫和平衡等知識點，平衡移動是學(xué)習(xí)難點，為使甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，或增加甲醇的物質(zhì)的量，或增加甲醇的物質(zhì)的量為解答易漏答的要點，題目難度中等．