Question

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①反應Ⅱ的平衡常數(shù)表達式是

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

．
②下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁

＜

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

80%

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）
△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-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

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1

．
（3）甲醇、乙醇在發(fā)展燃料電池上有廣泛的應用．美國科學家研制了一種新型的乙醇電池，它用磺酸類質(zhì)子溶劑，在200℃左右時供電．電池總反應為：C₂H₅OH+3O₂═2CO₂+3H₂O，電池示意圖如右．試寫出a極的電極反應式：

C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺

．

Answer 1

分析：（1）①化學平衡常數(shù)指一定溫度下，可逆反應到達平衡狀態(tài)各生成濃度的系數(shù)次冪的乘積與各反應物濃度的系數(shù)次冪的乘積的比值，據(jù)此書寫；
②由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應；
③根據(jù)CO的平衡濃度計算平衡時CO的物質(zhì)的量，進而計算參加反應的CO的物質(zhì)的量，再根據(jù)轉(zhuǎn)化率定義計算；
（2）根據(jù)蓋斯定律進行書寫；
（3）乙醇發(fā)生氧化反應，生成二氧化碳，由質(zhì)子交換膜可知，還有氫離子生成．

解答：解：（1））①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達式k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
②由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，即△H₁＜0，
故答案為：＜；
③達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則參加反應的CO的物質(zhì)的量=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，故CO轉(zhuǎn)化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，
故答案為：80%；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4 H₂O（l），該反應的反應熱△H=-1275.6kJ?mol^-1-（-566.0kJ?mol^-1）+4×（-44.0kJ/mol）=-887kJ?mol^-1
故該反應熱化學方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極，負極上燃料失去電子發(fā)生氧化反應，所以電極反應式為C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，
故答案為：C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

點評：本題考查化學平衡常數(shù)、化學平衡計算、熱化學方程式書寫、原電池等，難度中等，（3）中注意根據(jù)原電池結(jié)合判斷由氫離子產(chǎn)生．