Question

2．甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用．
工業(yè)上一般采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
下表所列數(shù)據(jù)是以上反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)的數(shù)值：

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

（1）Ⅰ、在一密閉容器中發(fā)生反應(yīng)并達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，對(duì)容器升溫，此反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)平衡應(yīng)逆向移動(dòng)（填“正向”、“逆向”、“不”）
Ⅱ、某溫度下，將1mol CO和4mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.1mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%，此時(shí)的溫度＞250℃（填“＞”、“＜”、“=”）
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-Q₁kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-Q₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-Q₃ kJ/mol
請(qǐng)寫出甲醇發(fā)生不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-（0.5Q₁-0.5Q₂-2Q₃）kJ/mol
（3）某同學(xué)依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如右圖所示的電池裝置，工作一段時(shí)間后，測(cè)得溶液的pH將降低（填“升高”、“降低”、“不變”），該燃料電池負(fù)極反應(yīng)的離子方程式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）I．由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
Ⅱ．將1molCO和4molH₂充入2L的密閉容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)后，測(cè)得c（CO）=0.1mol/mol，則：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始量（mol/L）：0.5    2        0
變化量（mol/L）：0.4    0.8      0.4
平衡量（mol/L）：0.1    1.2      0.4
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{CO濃度變化量}{CO起始濃度}$×100%；
根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)，判斷溫度；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-Q₁kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-Q₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-Q₃ kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，（①-②-③×4）×$\frac{1}{2}$可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）；
（3）原電池工作本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，生成的二氧化碳與KOH反應(yīng)生成碳酸鉀，溶液堿性減弱，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水．

解答 解：（1）I．由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：逆向；
Ⅱ．將1molCO和4molH₂充入2L的密閉容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)后，測(cè)得c（CO）=0.1mol/mol，則：
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始量（mol/L）：0.5  2        0
變化量（mol/L）：0.4  0.8      0.4
平衡量（mol/L）：0.1  1.2      0.4
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.4mol/L}{0.5mol/L}$×100%=805；
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.4}{0.1×1．{2}^{2}}$=2.78＞2.041，此時(shí)的溫度＞250℃，
故答案為：80%；＞；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-Q₁kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-Q₂ kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-Q₃ kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，（①-②-③×4）×$\frac{1}{2}$可得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g），則△H=-（0.5Q₁-0.5Q₂-2Q₃）kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-（0.5Q₁-0.5Q₂-2Q₃）kJ/mol；
（3）原電池工作本質(zhì)是甲醇燃燒生成二氧化碳與水，生成的二氧化碳與KOH反應(yīng)生成碳酸鉀，溶液堿性減弱，測(cè)得溶液的pH將減低，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：降低；CH₃OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較化學(xué)平衡計(jì)算、平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用、蓋斯定律以及電化學(xué)知識(shí)，難度中等，注意掌握平衡常數(shù)的應(yīng)用．