Question

16．甲醇（CH₃OH）是重要的基礎(chǔ)有機原料．
用CO和H₂制甲醇的反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-99kJ•mol^-1

化學鍵	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O	C-H
鍵能/kJ．mol-1	a	b	x	c	d

的能量變化，計算x=b+c+3d-2a-99．（用含a、b、c、d的代數(shù)式表示）
（2）在容積為1L的恒容容器中，分別研究在T₁、T₂、T₃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率α（CO）的關(guān)系如圖1所示：

①T₁、T₂、T₃中，溫度最高的是T₃．
②利用圖中a點對應的數(shù)據(jù)，計算該反應在T₂溫度下的平衡常數(shù)K=4L²•mol^-2．
若改變條件c（填序號），可使K=6L²•mol^-2，
a．增大壓強    b增大反應物的濃度
c．降低溫度    d．減小$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$
（3）用甲醇作燃料電池，其工作原理如圖2所示．
①M區(qū)發(fā)生反應的電極反應式CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．
②維持電流強度為0.5A，電池工作10分鐘，理論上消耗甲醇$\frac{0.5×600}{96500×6}×32$g．（已知F=96500C•mol^-1，寫出計算表達式即可）

Answer 1

分析 （1）化學反應的焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和；
（2）①反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；
②a點時CO的轉(zhuǎn)化率為50%，可計算各物質(zhì)的濃度，以此解答平衡常數(shù)；化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，要改變化學平衡常數(shù)只能改變溫度；
（3）①原電池工作時，陽離子向正極移動，由氫離子的移動方向可知M為負極，N為正極，負極上甲醇失電子生成二氧化碳和氫離子；
②電流強度為0.5A，電池工作10min，則電量為0.5A×600s=300C，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{300C}{96500C/mol}$，根據(jù)甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算甲醇質(zhì)量．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-99kJ•mol^-1，△H=x+2a-（3d+b+c）=-99，x=b+c+3d-2a-99，
故答案為：b+c+3d-2a-99；
（2）①反應是放熱反應，圖象分析可是CO轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，則T₃轉(zhuǎn)化率最小，溫度應最高，
故答案為：T₃；
②a點時CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH 
                      起始（mol/L）    1           1.5                0
                      轉(zhuǎn)化（mol/L）    0.5         1                 0.5
                     平衡 （mol/L）  0.5          0.5               0.5
化學平衡常數(shù)K=$\frac{0.5}{0.5×0．{5}^{2}}$=4，
化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應的正反應是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，化學平衡常數(shù)減小，要是平衡常數(shù)增大，應該降低溫度，
故答案為：4；c；
（3）①原電池工作時，陽離子向正極移動，由氫離子的移動方向可知M為負極，N為正極，負極上甲醇失電子生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
②電流強度為0.5A，電池工作10min，則電量為0.5A×600s，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為$\frac{0.5A×600s}{96500C/mol}$，根據(jù)甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式得甲醇質(zhì)量=$\frac{\frac{300C}{96500C/mol}}{6}×32g/mol$ $\frac{\frac{0.5A×600s}{96500C/mol}}{6}×32g/mol$=$\frac{0.5×600}{96500×6}×32$g，
故答案為：$\frac{0.5×600}{96500×6}×32$．

點評 本題考查化學平衡計算、外界條件對化學平衡移動影響、原電池原理等知識點，側(cè)重考查學生分析計算及知識靈活應用能力，注意：化學平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與濃度、壓強都無關(guān)，題目難度不大．