Question

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）分析該反應并回答下列問題：
平衡常數表達式為K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

．
（2）如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線．T₁和T₂溫度下的平衡常數大小關系是K₁

＞

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol-1
則，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1．
（4）2009年10月，中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①該電池工作時，b口通入的物質為

CH₃OH

，
②該電池正極的電極反應式為：

O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O

．
（5）以上述電池做電源，用圖3所示裝置，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理的過程中，發(fā)現溶液逐漸變渾濁，原因是（用相關的電極反應式和離子方程式表示）：

Al→Al³⁺+3e^-

，

Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑

．

Answer 1

分析：（1）根據化學平衡常數表達式的書寫方法回答；
（2）對于放熱反應，溫度越高，化學平衡常數越��；
（3）根據蓋斯定律來計算反應的焓變；
（4）在燃料電池中，負極是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應；
（5）根據電解池的工作原理和雙水解原理知識來回答．

解答：解：（1）反應的化學平衡常數K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

，故答案為：

[CH3OH]

[CO][H2]2

；
（2）溫度升高，化學反應速率加快，所以T₂＞T₁，根據圖示可以看出：升高溫度，平衡向著逆向進行，降低CO的轉化率，說明反應是一個放熱反應，溫度升高，平衡常數降低，即T₁和T₂溫度下的平衡常數大小關系是K₁＞K₂，故答案為：＞；
（3）根據蓋斯定律，反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）與反應①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1，將

1

2

（①-②+③×4）可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以反應的焓變△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1，故答案為：

b-a-4c

2

；
（4）①根據裝置可以知道d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，b口通入的物質為甲醇，故答案為：CH₃OH；
②d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，為正極，發(fā)生電極反應為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（5）在電解池中，金屬鋁為陽極，發(fā)生電極反應：Al→Al³⁺+3e^-，鋁離子會和碳酸氫根離子之間發(fā)生雙水解反應生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，即Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，溶液逐漸變渾濁，故答案為：Al→Al³⁺+3e^-；Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

點評：本題是一道考查學生有關電化學和熱化學知識的綜合題目，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．