Question

I．甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料，可制作燃料電池．工業(yè)上可用下列兩種反應(yīng)制備甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃，則2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g） 的反應(yīng)熱△H=

 

（用△H₁、△H₂、△H₃表示）．
II．工業(yè)上可利用“甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣”，反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）．
已知溫度、壓強(qiáng)和水碳比[

n(H2O)

n(CH4)

]對(duì)甲烷平衡含量的影響如圖1：
（1）溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)的影響是

 

．
（2）其他條件不變，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，CH₄平衡含量與水碳比之間關(guān)系曲線．
（只要求畫出大致的變化曲線）
（3）已知：在700℃，1MPa時(shí)，1mol CH₄與1mol H₂O在1L的密閉容器中反應(yīng)，6分鐘達(dá)到平衡，此時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為80%，求這6分鐘H₂的平均反應(yīng)速率和該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)是多少？（寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字．）
III．某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)如圖3所示的電池裝置，正極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：體積百分含量隨溫度、壓強(qiáng)變化曲線,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算

專題：

分析：Ⅰ．根據(jù)蓋斯定律構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，據(jù)此計(jì)算反應(yīng)熱；
Ⅱ．（1）溫度越高反應(yīng)速率越快，壓強(qiáng)一定時(shí)，根據(jù)圖象中甲烷含量隨溫度變化分析溫度對(duì)平衡移動(dòng)影響；
（2）壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，水碳比[

n(H2O)

n(CH4)

]越大，平衡時(shí)CH₄含量越小，據(jù)此畫出CH₄平衡含量與水碳比之間關(guān)系曲線；
（3）利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，再根據(jù)v=

△c

△t

算v（H₂），代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算其平衡常數(shù)；
Ⅲ．正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根．

解答： 解：Ⅰ．已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₃，
根據(jù)蓋斯定律，①×2-②×2+③得2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g），則其反應(yīng)熱△H=2△H₁-2△H₂+△H₃，
故答案為：2△H₁-2△H₂+△H₃；
Ⅱ．（（1）其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，由圖象可知，溫度越高，甲烷的百分含量減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）其他條件不變，壓強(qiáng)為2MPa時(shí)，CH₄平衡含量隨水碳比的增大而減小，其關(guān)系曲線為，故答案為：；
（3）參加反應(yīng)的CH₄為：1mol×80%=0.8mol，則：
            CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：1        1       0       0
變化（mol/L）：0.8      0.8     0.8     2.4
平衡（mol/L）：0.2      0.2     0.8     2.4
所以v（H₂）=

2.4mol 1L

6min

=0.4 mol/（L?min），
故該溫度下，平衡常數(shù)=

0.8×2．43

0.2×0.2

=276.5，
答：氫氣的平均速率為0.4 mol/（L?min），該溫度下平衡常數(shù)為276.5；
Ⅲ．正極發(fā)生還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，堿性條件下生成氫氧根，正極電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點(diǎn)評(píng)：本題比較綜合，涉及反應(yīng)熱計(jì)算、化學(xué)平衡圖象及影響因素、反應(yīng)速率與平衡常數(shù)計(jì)算、原電池等，是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用，注意掌握蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱，難度中等．