Question

【題目】甲醇又稱“木醇”或“木精”，沸點(diǎn)64.7℃，是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。甲醇有毒，誤飲5～10mL能雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡。甲醇是重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和液體燃料，可用于制造甲醛和農(nóng)藥，并常用作有機(jī)物的萃取劑和酒精的變性劑等。

（1）工業(yè)上可利用CO2和H2生產(chǎn)甲醇，方程式如下：

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O (g) △H＝Q1kJ·mol－1

又查資料得知：①CH3OH(l)＋1/2 O2(g)CO2(g)＋2H2(g) △H＝Q2kJ·mol－1

②H2O(g)=H2O(l) △H= Q3kJ·mol－1，則表示甲醇的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為____。

（2）工業(yè)上可用CO和H2O (g) 來合成CO2和H2，再利用（1）中反應(yīng)原理合成甲醇。某溫度下，將1molCO和1.5molH2O充入10L固定密閉容器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)：

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) △H＞0,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)測得H2為0.6 mol�；卮鹣铝袉栴}:

①0~10min內(nèi)H2O(g)的平均反應(yīng)速率為_________________。

②若想加快正反應(yīng)速率的同時(shí)提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采用的方法是__________。

a.升高溫度 b.縮小容器的體積

c.增大H2O (g)的濃度 d.加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎?/span>

③若保持溫度容積不變?cè)傧蚱渲谐淙?/span>1molCO和0.5molH2O(g)，重新達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),此時(shí)平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)為_____。

（3）甲醇燃料電池是符合綠色化學(xué)理念的新型燃料電池，下圖是以甲醇燃料電池（甲池）為電源的電解裝置。已知：A、B、C、D、E、F都是惰性電極，丙中為0.1 mol/L CuSO4溶液 (假設(shè)反應(yīng)前后溶液體積不變) ，當(dāng)向甲池通入氣體a和b時(shí)，D極附近呈紅色�；卮鹣铝袉栴}：

①a物質(zhì)是__________, A電極的電極反應(yīng)式為__________。

②乙裝置中的總化學(xué)反應(yīng)方程式為___________________。

③當(dāng)乙裝置中C電極收集到224mL(標(biāo)況下)氣體時(shí), 丙中溶液的pH＝____。

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+3/2 O2(g) =CO2(g)+2H2O(l) ΔH=(2Q1＋3Q2＋2Q3) kJmol－1 6×10－3mol·L－1·min－1 ac 25% CH3OH CH3OH - 6e－+ 8OH－= CO32－+ 6H2O 2NaCl + 2H2O2NaOH + Cl2↑+ H2↑ 1

【解析】

根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算，并寫出熱化學(xué)方程式。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。根據(jù)影響化學(xué)平衡的條件進(jìn)行相關(guān)分析。根據(jù)原電池原理和電解原理進(jìn)行相關(guān)分析和判斷。根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒進(jìn)行電化學(xué)的計(jì)算。

（1）已知反應(yīng)：① CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O (g) △H＝Q1kJ·mol－1，② CH3OH(l)＋1/2 O2(g)CO2(g)＋2H2(g)△H＝Q2kJ·mol－1，③ H2O(g)=H2O(l) △H= Q3kJ·mol－1，則根據(jù)蓋斯定律可知2×①+3×②+2×③即可得到甲醇的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OH(l)+3/2 O2(g) ＝ CO2(g)+2H2O(l) ΔH＝(2Q1＋3Q2＋2Q3)kJ/mol。

（2）①當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到10min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)測得H2為0.6 mol，則根據(jù)方程式可知消耗水蒸氣是0.6mol，水蒸氣濃度變化量是0.6mol÷10L＝0.06mol/L，實(shí)驗(yàn)用氫氣表示的反應(yīng)速率為0.06mol/L÷10min＝6×10－3mol·L－1·min－1。

②a.正方應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則升高溫度反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，CO的轉(zhuǎn)化增大，a正確；

b.反應(yīng)前后體積不變，則縮小容器的體積壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率較加快，淡平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，b錯(cuò)誤；

c.增大H2O (g)的濃度正反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則CO轉(zhuǎn)化率增大，c正確；

d.加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎┓磻?yīng)速率加快，但平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，d錯(cuò)誤。

答案選ac。

③若保持溫度容積不變?cè)傧蚱渲谐淙?/span>1molCO和0.5molH2O(g)，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，所以

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

起始濃度（mol/L） 0.2 0.2 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） x x x x

破壞你的（mol/L）0.2-x 0.2-x x x

所以

解得x＝0.1

所以此時(shí)平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)為

（3）①D極附近呈紅色，這說明D電極周圍產(chǎn)生氫氧根離子，即D電極是陰極，氫離子放電，則A是負(fù)極。原電池中負(fù)極失去電子，則A通入的物質(zhì)是CH3OH，電解質(zhì)是氫氧化鉀，則負(fù)極電極反應(yīng)式為CH3OH - 6e－+ 8OH－＝CO32－+ 6H2O。

②乙裝置是電解飽和食鹽水，則電解的總反應(yīng)式為2NaCl + 2H2O2NaOH + Cl2↑+ H2↑。

③當(dāng)乙裝置中C電極是陽極，氯離子放電生成氯氣，如果收集到224mL(標(biāo)況下)氣體即氯氣是0.01mol，則轉(zhuǎn)移0.02mol電子，所以根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知丙裝置中產(chǎn)生0.02mol氫離子，氫離子濃度是0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L，則丙中溶液的pH＝1。