Question

12．為了解決空氣污染危機，中國煤炭業(yè)制定了“煤制氣”計劃．工業(yè)上可用煤生產(chǎn)合成氣（CO和H₂），也可用煤制天然氣．
（1）已知：①CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）═C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
寫出CO₂與H₂反應生成CH₄和H₂O的熱化學方程式：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162 kJ•mol^-1．
（2）利用合成氣可制備新型燃料甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，下表所列數(shù)據(jù)是該反應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

①由表中數(shù)據(jù)可判斷該反應的△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的恒容密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為80%，此時的溫度為250℃（從上表中選擇）．
（3）某實驗小組依據(jù)甲醇燃燒的反應原理，設計如圖所示的電池裝置．工作一段時間后，測得溶液的pH減小，則該電池總反應的離子方程式為2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減構造目標熱化學方程式，反應熱也進行相應的計算；
（2）①從表中數(shù)據(jù)可以看出，溫度升高，K值減小，即溫度升高時平衡逆向移動；
②起始時，CO和H₂的物質的量濃度分別為1 mol/L和3 mol/L，CO的平衡濃度為0.2 mol/L，計算CO濃度變化量，CO轉化率=$\frac{CO濃度變化量}{CO起始濃度}$×100%；利用三段式計算平衡時各物質的濃度，代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)，進而判斷溫度；
（3）該燃料電池中，甲醇發(fā)生氧化反應生成CO₂和H₂O，CO₂與OH^-反應生成CO₃^2-與水．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+H₂O（g）═H₂（g）+CO₂（g）△H=-41kJ•mol^-1
②C（s）+2H₂（g）═CH₄（g）△H=-73kJ•mol^-1
③2CO（g）═C（s）+CO₂（g）△H=-171kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，由③-①×2+②得：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-171 kJ•mol^-1-（-41 kJ•mol^-1）×2-73 kJ•mol^-1=-162 kJ•mol^-1，
故反應熱化學方程式為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162 kJ•mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+4H₂（g）=CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162 kJ•mol^-1；
（2）①從表中數(shù)據(jù)可以看出，溫度升高，K值減小，即溫度升高時平衡逆向移動，所以該反應是放熱反應，△H＜0，
故答案為：＜；
②起始時，CO和H₂的物質的量濃度分別為$\frac{2mol}{2L}$=1 mol/L和$\frac{6mol}{2L}$=3 mol/L，CO的平衡濃度為0.2 mol/L，則CO的轉化濃度為0.8 mol/L，CO轉化率為$\frac{0.8}{1}$×100%=80%；
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol/L）：1      3         0
轉化（mol/L）：0.8    1.6       0.8
平衡（mol/L）：0.2    1.4       0.8
則該溫度下，平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，對應的溫度是250℃，
故答案為：80%；250℃；
（3）該燃料電池中，甲醇發(fā)生氧化反應生成CO₂和H₂O，CO₂與OH^-反應生成CO₃^2-與水，電池總反應離子方程式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-═2CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及熱化學方程式書寫、平衡常數(shù)影響因素及計算、化學平衡計算、電池反應式書寫等，側重考查學生對知識的遷移應用，掌握利用蓋斯定律書寫熱化學方程式與反應熱有關計算，難度中等．