Question

7．CO是一種有毒氣體，工業上可利用CO和H₂在一定條件下合成有機燃料甲醇，實現變廢為寶，節約資源的目的．回答下列問題：
（1）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
         ②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
         ③CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
則表示CH₃OH蒸汽燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-763.8kJ•mol^-1．
（2）在一定溫度下，按下表中的物質的量投入容積為2L的恒容密閉容器中，發生反應：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1，得到如下數據：

實驗組序	溫度/℃	起始量/mol					平衡量/mol
		CO（g）	H2（g）		CH3OH（g）		CH3OH（g）
1	500	2		4		0	1
2	500	1.4		2.8		0.6	a
3	750	0		0		2	0.8
4	750	0.8		1.6		1.2	b

①按實驗2中的量投入容器，反應向正（填“正”或“逆”）方向進行，達到平衡時CO的轉化率為50%（保留一位小數）
②750℃，該反應的平衡常數K=1.56（保留兩位小數）
③已知750℃時，若實驗4在體積可變的恒壓密閉容器中反應，達到平衡時CO的體積分數為W%，相同條件下，若起始時容器中加入xmolCO、ymolH₂和0.4molCH3OH氣體，達到平衡時，欲保持CO的體積分數仍為W%，則x、y應滿足的條件是x：y=1：2（用含x、y的式子表示）．
（3）利用甲醇通過如圖裝置電解精煉銅，請回答下列問題：

①應選粗銅作d電極的電極材料，C電極的名稱為陰極，X溶液為硫酸銅溶液；
②b電極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
③電解精煉過程中a電極附近溶液的pH會增大（填“增大”、“減小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH3OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
根據蓋斯定律知，①+②×，①+②×$\frac{1}{2}$-③得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（2）①利用三段式求得500℃時的平衡常數K，根據題中數據求得Qc的值，根據K與Qc判斷反應方向，根據轉化率=$\frac{已轉化的量}{起始量}$×100%計算；
②根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（H{\;}_{2}）}$計算；
③750℃恒壓條件十，達到平衡時CO的體積分數為W%，即與原平衡為成比例的等效平衡，將生成物折算成反應后，各反應物的物質的量之比相等可；
（3）在甲醇燃料電池中，甲醇是還原劑，在電池的負極反應，生成碳酸根離子，氧氣是氧化劑，在正極發生還原反應，生成氫氧根離子，根據裝置圖可知，b極為負極，a為正極，所以d為陽極，c為陰極，電解精煉銅時用粗銅作陽極，用硫酸銅溶液作電解質溶液，據此答題；

解答 解：（1）①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H₁=-571.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③CO（g）+2H₂（g）═CH3OH（g）△H₃=-90.8kJ•mol^-1
根據蓋斯定律知，①+②×$\frac{1}{2}$-③得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-571.6kJ•mol^-1-566.0kJ•mol^-1×$\frac{1}{2}$+90.8kJ•mol^-1=-763.8kJ•mol^-1，所以甲醇蒸汽燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-763.8kJ•mol^-1 ，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l），△H=-763.8kJ•mol^-1 ；
（2）①利用三段式，根據題中數據有，
             CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始（mol/L） 1       2         0
轉化（mol/L） 0.5     1        0.5
平衡（mol/L） 0.5     1        0.5                
所以平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1，根據題中數據實驗2中，Qc=$\frac{0.3}{1．{4}^{2}×0.7}$=0.22＜1，所以反應向正反應方向進行，CO的轉化率為=$\frac{0.5}{1}$×100%=50%，
故答案為：正；50%；
②利用三段式，根據題中數據有750℃時，
             CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始（mol/L） 0       0         1
轉化（mol/L） 0.4     0.8        0.4
平衡（mol/L） 0.4     0.8        0.4                
所以平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.4}{0．{8}^{2}×0.4}$=1.56，
故答案為：1.56；
③利用三段式，根據題中數據有750℃時，
                CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始1（mol/L）   0.4      0.8       0.6
折算后（mol/L）  1       2          0
起始2（mol/L）   x       y          0
所以有x：y=1：2，
故答案為：x：y=1：2；
（3）在甲醇燃料電池中，甲醇是還原劑，在電池的負極反應，生成碳酸根離子，氧氣是氧化劑，在正極發生還原反應，生成氫氧根離子，根據裝置圖可知，b極為負極，a為正極，所以d為陽極，c為陰極，電解精煉銅時用粗銅作陽極，用硫酸銅溶液作電解質溶液，
①根據上面的分析可知，應選粗銅作d電極的電極材料，C電極的名稱為陰極，X溶液為 硫酸銅溶液，
故答案為：粗銅；陰；硫酸銅；
②b電極為甲醇發生氧化反應，生成碳酸根離子，電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
③電解精煉過程中a電極上氧氣是氧化劑，在正極發生還原反應，生成氫氧根離子，所以溶液的溶液的pH會增大，
故答案為：增大．

點評 本題考查化學平衡的標志、平衡常數的計算及化學平衡移動原理、蓋斯定律的計算應用等，知識點較多，綜合性很強，難度中等．