Question

甲醇可作為燃料電池的原料．工業(yè)上利用CO₂和H₂在一定條件下反應(yīng)合成甲醇．

（1）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

（2）甲醇脫氫可制取甲醛CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g），甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如圖1所示．回答下列問(wèn)題：
①600K時(shí)，Y點(diǎn)甲醇的υ（逆）

 

（正）（填“＞”或“＜”）
②從Y點(diǎn)到X點(diǎn)可采取的措施是

 

．
③有同學(xué)計(jì)算得到在t₁K時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為8.1mol?L^-1．你認(rèn)為正確嗎？請(qǐng)說(shuō)明理由

 

．
（3）納米級(jí)Cu₂O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注．在相同的密閉容器中，使用不同方法制得的Cu₂O（Ⅰ）和（Ⅱ）分別進(jìn)行催化CH₃OH的脫氫實(shí)驗(yàn)：CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g）
CH₃OH的濃度（mol?L^-1）隨時(shí)間t （min）變化如下表：

序號(hào)	溫度	0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

可以判斷：實(shí)驗(yàn)①的前20 min的平均反應(yīng)速率 ν（H₂）=

 

；實(shí)驗(yàn)溫度
T₁

 

T₂（填“＞”、“＜”）；催化劑的催化效率：實(shí)驗(yàn)①

 

實(shí)驗(yàn)②（填“＞”、“＜”）．
（4）電解法可消除甲醇對(duì)水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺將甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）．現(xiàn)用如圖2所示裝置模擬上述過(guò)程，則Co²⁺在陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為

 

；除去甲醇的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線,電解原理

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）據(jù)已知反應(yīng)利用蓋斯定律解答；
（2）①60K時(shí)Y點(diǎn)甲醇轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率；
②轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大，說(shuō)明正反應(yīng)吸熱，降溫或增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇轉(zhuǎn)化率減�。�
③由于初始濃度不知，因此對(duì)于此反應(yīng)而言無(wú)法求算化學(xué)平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來(lái)回答；根據(jù)反應(yīng)速率v=

△c

△t

來(lái)計(jì)算；催化劑不會(huì)引起化學(xué)平衡狀態(tài)的改變，會(huì)使反應(yīng)速率加快，活性越高，速率越快；
（4））通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

解答： 解：（1）已知①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
據(jù)蓋斯定律，（①-②+4×③）÷2得：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ∕mol；
（2）①600K時(shí)Y點(diǎn)甲醇轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明反應(yīng)逆向進(jìn)行即：υ（正）＜υ（逆），故答案為：＞；
②轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大，說(shuō)明正反應(yīng)吸熱，降溫或增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇轉(zhuǎn)化率減小，從Y點(diǎn)到X點(diǎn)，故答案為：降低溫度和增大壓強(qiáng)；
③由于不知道初始濃度，只有轉(zhuǎn)化率這一條件計(jì)算不出平衡濃度，因此無(wú)法計(jì)算平衡常數(shù)，故答案為：不正確；
（3）實(shí)驗(yàn)溫度越高達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)甲醇轉(zhuǎn)化率越大，②和③相比，③轉(zhuǎn)化率高所以T₂＞T₁；實(shí)驗(yàn)①前20min的平均反應(yīng)速率 v（H₂）=

△c

△t

=

0.05mol/L-0.0486mol/L

20min

=7×10^-5 mol?L^-1 min^-1；②與①化學(xué)平衡狀態(tài)未改變，反應(yīng)速率加快，則是加入了催化劑，催化劑的活性越高，速率越快，在相等時(shí)間內(nèi)，②中甲醇的濃度變化比①快；故答案為：7×10^-5 mol?L^-1 min^-1；＜；＜；
（4）通電后，將Co²⁺氧化成Co³⁺，電解池中陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為Co²⁺-e^-=Co³⁺；
以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：Co²⁺-e^-=Co³⁺；6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道有關(guān)熱化學(xué)、電化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)限度的綜合題，考查角度廣，難度大．