Question

甲醇（CH₃OH）是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應II：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
①反應I的平衡常數(shù)表達式為K=

 

．
②下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅱ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₂

 

0，△S

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”=）．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉化率為

 

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

 

．
（3）某實驗小組依據(jù)甲醇燃燒的反應原理，設計如圖所示的電池裝置．
①該電池中OH-向

 

極移動（填“正”或“負”）
②該電池負極的電極反應為

 

．
③用該電池電解（惰性電極）500mL某CuSO₄溶液，電解一段時間后，為使電解質溶液恢復到原狀態(tài)，需要向溶液中加入9.8g Cu（OH）₂固體．則原CuSO₄溶液的物質的量濃度為

 

 mol?L^-1（假設電解前后溶液體積不變）．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,熱化學方程式,化學電源新型電池,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①依據(jù)化學方程式和平衡常數(shù)概念書寫，平衡常數(shù)K=

生成物平衡濃度冪次方乘積

反應物平衡濃度冪次方乘積

；
②分析圖表數(shù)據(jù)，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進行，正反應為放熱反應，反應前后氣體體積減小是熵減小的反應；
③依據(jù)化學平衡三段式列式計算，轉化率=

消耗量

起始量

×100%；
（2）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（3）①原電池中陽離子向正極移動、陰離子向負極移動；
②該燃料電池中，通入甲醇的電極是分解、通入氧氣的電極是正極，負極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O、正極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-；
③加入9.8g Cu（OH）₂固體能使電解質溶液恢復原狀，n[Cu（OH）₂]=

9.8g

98g/mol

=0.1mol，相當于加入0.1molCuO和0.1molH₂O，根據(jù)Cu原子守恒計算硫酸銅的物質的量濃度，根據(jù)O原子守恒、H原子守恒計算生成氣體體積．

解答： （1）①反應I：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；
故答案為：

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

；
②圖表數(shù)據(jù)，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進行，正反應為放熱反應，△H₂＜0；反應前后氣體體積減小是熵減小的反應，△S＜0；
故答案為：＜，＜；
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L^-1，物質的量=0.2mol?L^-1 ×2L=0.4mol；
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  2       6         0
變化量（mol）  1.6     3.2        1.6
平衡量（mol）  0.4     2.8        1.6
則CO的轉化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%；
故答案為：80%；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算，由蓋斯定律，①-②+③×4得：
2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l），故△H=-1275.6kJ∕mol-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4=-885.6 kJ∕mol，
所以其熱化學反應方程式為：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；
（3）①原電池中陽離子向正極移動、陰離子向負極移動，所以氫氧根離子向負極移動，故答案為：負；
②該燃料電池中，通入甲醇的電極是分解、通入氧氣的電極是正極，負極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O、正極反應式為O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
③加入9.8g Cu（OH）₂固體能使電解質溶液恢復原狀，n[Cu（OH）₂]=

9.8g

98g/mol

=0.1mol，相當于加入0.1molCuO和0.1molH₂O，根據(jù)Cu原子守恒得n（CuSO₄）=n[Cu（OH）₂]=0.1mol，則C（CuSO₄）=

0.1mol

0.5L

=0.2mol/L，
故答案為：0.2mol/L；

點評：本題考查化學平衡常數(shù)概念計算，化學平衡計算方法，熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，原電池和電解池原理，側重考查學生分析問題及計算能力，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．