Question

14．能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問(wèn)題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)I：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)II：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反應(yīng)符合“原子經(jīng)濟(jì)”原則的是Ⅰ（填“I”或“Ⅱ”）．
②下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)I在不同溫度下的化學(xué)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(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CH₃OH）=0.8mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%，此時(shí)的溫度為250℃（從上表中選擇）．
④恒溫、恒容時(shí)，下列情況不能說(shuō)明反應(yīng)I已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是d．
a、容器各物質(zhì)的濃度保持不變；        b、容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變；
c、υ（CO）消耗═1/2υ（H₂）生成 　        d、容器內(nèi)的密度保持不變
（2）25℃、101kPa時(shí)，燃燒16g液體甲醇生成CO₂和H₂O（l），放出的熱量為363.26kJ，寫出甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g ）═CO₂（g ）+2H₂O（l）△H₁=-726.52 kJ/mol．
（3）某實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)甲醇燃燒的反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)一個(gè)燃料電池電解Na₂SO₄溶液（圖如下）．請(qǐng)根據(jù)圖示回答下列問(wèn)題：
①通入甲醇蒸氣的電極應(yīng)為負(fù)極（填寫“正”或“負(fù)”），該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是b（填字母代號(hào)）．
a.2CH₃OH-12e^-+3O₂═2CO₂+4H₂O
b．CH₃ OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O
c．O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-
d．O₂-4e^-+4H⁺═2H₂O
②寫出電極A的名稱陰極．寫出B電極的電極反應(yīng)式4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O．
③當(dāng)堿性甲醇燃料電池消耗3.36L 氧氣時(shí)（折合為標(biāo)準(zhǔn)狀況），理論上電解Na₂SO₄溶液生成氣體的總物質(zhì)的量是0.45mol．

Answer 1

分析 （1）①“原子經(jīng)濟(jì)”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中；
②由表數(shù)據(jù)可知，溫度升高，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行；
③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CH₃OH）=0.8mol/L，其物質(zhì)的量為1.6mol，則：
             CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：2       6          0
變化量（mol）：1.6     3.2        1.6
平衡量（mol）：0.4     2.8        1.6
CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗CO物質(zhì)的量}{CO起始物質(zhì)的量}$×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)，進(jìn)而判斷溫度；
④可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
（2）1mol甲醇燃燒放出的熱量為363.26kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g/mol}$=726.52 kJ，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（3）①原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)中甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；
②電解池中A連接電源負(fù)極，則A為陰極，B連接電源正極，B為陽(yáng)極，陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧根離子放電生成氧氣與水；
③電解池總反應(yīng)為2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算氫氣、氧氣物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①“原子經(jīng)濟(jì)”是指在化學(xué)品合成過(guò)程中，所用的所有原材料盡可能多的轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中，分析反應(yīng)可知，反應(yīng)Ⅰ中原子利用率為100%，符合“原子經(jīng)濟(jì)”，故答案為：Ⅰ；
②由表數(shù)據(jù)可知，溫度升高，平衡常數(shù)減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向放熱反應(yīng)，即△H₁＜0，故答案為：＜；
③按反應(yīng)Ⅰ充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CH₃OH）=0.8mol/L，其物質(zhì)的量為1.6mol，則：
             CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）：2        6         0
變化量（mol）：1.6      3.2       1.6
平衡量（mol）：0.4      2.8       1.6
CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%，
此時(shí)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.6}{2}}{\frac{0.4}{2}×（\frac{2.8}{2}）^{2}}$≈2.041，所以溫度為250℃，
故答案為：80%；250℃；
④a．容器各物質(zhì)的濃度保持不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故a正確；
b．隨反應(yīng)進(jìn)行，容器內(nèi)氣體物質(zhì)的量進(jìn)行，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故b正確；
c．由方程式可知υ（CO）_生成═$\frac{1}{2}$υ（H₂）_生成，而υ（CO）_消耗═$\frac{1}{2}$υ（H₂）_生成，說(shuō)明υ（CO）_生成═υ（CO）_消耗，反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積始終不變，容器內(nèi)的密度始終保持不變，故d錯(cuò)誤，
故選：d；
（2）1mol甲醇燃燒放出的熱量為363.26kJ×$\frac{1mol×32g/mol}{16g/mol}$=726.52 kJ，熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g ）═CO₂（g ）+2H₂O（l）△H₁=-726.52 kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g ）═CO₂（g ）+2H₂O（l）△H₁=-726.52 kJ/mol；
（3）①原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)中甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇蒸氣的電極應(yīng)為負(fù)極，甲醇失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃ OH-6e^-+8OH^-═CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：負(fù)；b；
②電解池中A連接電源負(fù)極，則A為陰極，B連接電源正極，B為陽(yáng)極，陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，氫氧根離子放電生成氧氣與水，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為：；4 OH^--4 e^-═O₂↑+2H₂O，
故答案為：陰極；4 OH^--4 e^-═O₂↑+2H₂O；
③標(biāo)況下，3.36L 氧氣物質(zhì)的量為$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，電解池總反應(yīng)為2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，生成氫氣、氧氣物質(zhì)的量為3×0.15mol=0.45mol，
故答案為：0.45mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡狀態(tài)判斷、熱化學(xué)方程式書寫、電化學(xué)等，是對(duì)學(xué)生綜合能力考查，需要學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)并靈活應(yīng)用，難度中等．