Question

9．能源問題是人類社會面臨的重大課題，甲醇是未來重要的能源物質之一．
（1）合成甲醇的反應為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；圖1表示某次合成實驗過程中甲醇的體積分數Φ（CH₃OH）與反應溫度的關系曲線，則該反應的△H＜0．（填“＞、＜或=”下同）
（2）若在230℃時，平衡常數K=1．若其它條件不變，將溫度升高到500℃時，達到平衡時，K＜1．
（3）在某溫度下，向一個容積不變的密閉容器中通入2.5mol CO和7.5mol H₂，達到平衡時CO的轉化率為90%，此時容器內的壓強為開始時的0.55倍．
（4）利用甲醇燃料電池設計如圖2所示的裝置：
①則該裝置中b為負極．
②當銅片的質量變化為12.8g時，a極上消耗的O₂在標準狀況下的體積為2.24L．
（5）低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟模式，其中一種技術是將CO₂轉化成有機物實現碳循環(huán)．如：
2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol
2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
則由乙烯水化制乙醇反應的熱化學方為C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據溫度對化學平衡的影響來判斷反應的吸放熱情況；
（2）對于放熱反應，溫度越高，平衡常數越��；
（3）根據化學反應前后壓強之比等于物質的量之比來計算；
（4）①由圖可知甲醇燃料電池是電源，氧氣是氧化劑在正極發(fā)生還原反應，則另一電極為負極；
②根據電子守恒進行計算；
（5）根據蓋斯定律來計算反應的焓變并書寫熱化學方程式．

解答 解：（1）根據圖示信息，當達到化學平衡以后（甲醇含量的最高點），升高溫度，甲醇的體積分數減小，說明平衡逆向移動，所以該反應是一個放熱反應，
故答案為：＜；
（2）對于放熱反應，升高溫度，K減小，故答案為：＜；
（3）根據題意得到：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始物質的量（mol）  2.5      7.5        0 
變化的物質的量（mol） 2.25     4.5        2.25
平衡的物質的量 （mol）0.25      3          2.25
所以此時容器內的壓強和開始時的比值為：$\frac{0.25+3+2.25}{2.5+7.5}$=0.55，
故答案為：0.55；
（4）①由圖可知，甲醇燃料電池中通入氧氣的為正極，b為電池的負極，
故答案為：負；②根據Cu電極反應：Cu=2e^-+Cu²⁺，當銅片的質量變化為12.8g時，轉移電子是0.4mol，
a極上電極反應：O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-，轉移電子是0.4mol時，消耗的O₂在標準狀況下的體積為2.24L，
故答案為：2.24；
（5）①2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H₁=+1411.0kJ/mol
②2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H₂=+1366.8kJ/mol
根據蓋斯定律反應C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH（l）等于②-①，所以△H=△H₂-△H₁=-44.2 kJ/mol，
故答案為：C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2 kJ/mol．

點評 本題考查學生有關電化學、熱化學以及化學平衡的有關計算等綜合知識，可以根據教材知識來回答，難度較大．