Question

甲醇來源豐富、價格低廉、運輸貯存方便，是一種重要的化工原料，有著重要的用途和應用前景．
（1）工業(yè)生產甲醇的常用方法是CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1．
已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）；△H=-571.6kJ?mol^-1；
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.8kJ?mol^-1；
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566.0kJ?mol^-1；
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-37.3kJ?mol^-1．
①計算液體CH₃OH的燃燒熱為

-1453/mol

．
②若在恒溫恒容的容器內進行反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），下列表示該反應達到平衡狀態(tài)的標志有

BC

（填字母）．
A．有1個HH鍵生成的同時有3個CH鍵生成
B．CO百分含量保持不變
C．容器中混合氣體的壓強不變化
D．容器中混合氣體的密度不變化
（2）制甲醇所需要的H2，可用下列反應制�。篐₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）；△H＜0．某溫度下該反應的平衡常數(shù)K=1，若起始時c（CO）=1mol?L^-1，c（H₂O）=2mol?L^-1，試回答下列問題：
①該溫度下，反應進行一段時間后，測得H2的濃度為0.5mol?L^-1，則此時該反應v（正）

＞

（填“＞”“＜”或“=”）v（逆）．
②若反應溫度不變，達到平衡后，H2O的轉化率為

33.3%

．
（3）某實驗小組設計了如圖所示的甲醇燃料電池裝置．
①該電池工作時，OH^-向

b

（填“a”或“b”）極移動．
②工作一段時間后，測得溶液的pH減小，該電池負極反應的電極反應式為

CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）①燃燒熱是完全燃燒1mol物質生成最穩(wěn)定的產物過程所放出的熱量，據(jù)此書寫熱化學方程式；
②根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動、變、等來回答判斷；
（2）①根據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)K的關系來確定反應的方向，進而確定化學反應速率；
②根據(jù)三段式計算物質的轉化率；
（3）燃料電池的工作原理：電池的負極一定是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，在正極上一定是發(fā)生氧氣得電子的還原反應．

解答：解：（1）①燃燒熱是完全燃燒1mol物質生成最穩(wěn)定的產物過程所放出的熱量，液體CH₃OH的燃燒的熱化學方程式為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），根據(jù)蓋斯定律，該反應與下列四個反應：
a、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）；△H=-571.6kJ?mol^-1；
b、CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1；
c、2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566.0kJ?mol^-1；
d、CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-37.3kJ?mol^-1的關系為：
所求的反應=2a-2b+c-2d，所以液體CH₃OH的燃燒熱△H=2（-571.6kJ?mol^-1）-2（-90.8kJ?mol^-1）+（-566.0kJ?mol^-1）-2（-37.3kJ?mol^-1）=-1453KJ/mol，
故答案為：-1453KJ/mol；
②A．有1個H-H鍵生成的同時有3個C-H鍵生成，不能證明正逆反應速率相等，故A錯誤；
B．CO百分含量保持不變，證明達到了化學平衡狀態(tài)，故B正確；
C．該反應是一個前后氣體體積變化的反應，容器中混合氣體的壓強不變化，證明達到了平衡狀態(tài)，故C正確；
D．混合氣體質量守恒，體積恒定，所以容器中混合氣體的密度不會發(fā)生變化，故D錯誤；
故選BC；
（2）①H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
初始濃度：2       1       0       0
變化濃度：0.5     0.5     0.5      0.5
末態(tài)濃度：1.5      0.5     0.5      0.5
此時濃度熵Qc=

0.5×0.5

1.5×0.5

=

1

3

＜1，即反應會正向進行，正反應速率大于逆反應速率，故答案為：大于；
②若反應溫度不變，達到平衡后，設H₂O的變化濃度為x，
           H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
初始濃度：2       1       0       0
變化濃度：x        x       x        x
末態(tài)濃度：2-x      1-x      x        x
則

x2

(2-x)(1-x)

=1，解得x=

2

3

，所以水的轉化率=

2 3

2

×100%≈33.3%，故答案為：33.3%；
（3）①燃料電池的工作原理：電池的負極一定是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，在正極上一定是發(fā)生氧氣得電子的還原反應，所以a為正極，b是負極，電解質里的陰離子移向電池的負極，所以該電池工作時，OH^-向b極移動，故答案為：b；
②電池負極是燃料甲醇發(fā)生失電子的氧化反應，在堿性環(huán)境下，反應的電極反應式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評：本題是一道關于化學反應速率、化學平衡、熱化學、電化學等知識的綜合考查題，考查學生分析和解決問題的能力，難度大．