Question

研究和開發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護(hù)和資源利用雙贏的課題．
（1）CO可用于合成甲醇．在體積可變的密閉容器中充入4mol CO和8mol H₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（Ⅰ）平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：
①該反應(yīng)的逆反應(yīng)屬于

 

反應(yīng)；（填“吸熱”或“放熱”）．
②在0.1Mpa、100℃的條件下，該反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器體積為開始容器體積的

 

倍．（結(jié)果保留兩位小數(shù)點(diǎn)）
③在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4mol CO，8mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率

 

（填“增大”，“不變”或“減小”），平衡常數(shù)K

 

（填“增大”，“不變”或“減小”）．
（2）在反應(yīng)（Ⅰ）中需要用到H₂做反應(yīng)物，以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法．已知：
CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
則CH₄和H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式為：

 

．
（3）在反應(yīng)（Ⅰ）中制得的CH₃OH 即可以做燃料，還可以與氧氣組成堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液．則該燃料電池放電時(shí)：負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

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

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）①圖象分析，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
②在0.1Mpa、100℃的條件下，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.5，依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算，體積之比等于氣體物質(zhì)的量之比；
③體積不變的密閉容器中充入4mol CO，8mol H₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)；平衡常數(shù)只隨溫度變化；
（2）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（3）依據(jù)原電池原理，原電池中負(fù)極是燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的二氧化碳在堿溶液中生成碳酸鹽；

解答： 解：（1）①圖象分析，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
故答案為：吸熱；     
②0.1Mpa、100℃的條件下，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.5，消耗一氧化碳物質(zhì)的量為4mol×0.5=2mol，依據(jù)平衡三段式得到；
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）   4        8         0
變化量（mol）   2        4          2
平衡量（mol）   2         4         2
則反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器體積和開始容器體積之比：V（平）：V（起）=n（平）：n（起）=8：12=0.67
反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器體積為開始容器體積的0.67倍；
故答案為：0.67；
③在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4mol CO，8mol H₂，壓強(qiáng)增大，平衡向著氣體體積減小的方向移動(dòng)，即平衡右移，故CO的轉(zhuǎn)化率增大；平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
故答案為：增大，不變；
（4）①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，①×2-②則CH₄和H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（5）CH₃OH 即可以做燃料，還可以與氧氣組成堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液．則該燃料電池放電時(shí)是原電池，負(fù)極上是甲醇失電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碳酸鹽，反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了圖象分析，原電池原理電極反應(yīng)書寫，化學(xué)平衡影響因素的分析判斷，平衡常數(shù)理解，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，題目難度中等．