Question

9．甲醇（CH₃OH）是一種重要的化工原料，也是一種比較理想的燃料．甲醇在各個領域有著廣泛的應用．

（1）實驗測得：32g甲醇在氧氣中完全燃燒，生成二氧化碳氣體和液態水時釋放出726.4kJ的熱量，試寫出甲醇燃燒的熱化學方程式：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1452.8kJ•mol^-1．
（2）燃料電池是一種連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉換成電能的化學電池．如圖是一個化學過程的示意圖．2CH₃OH+3O₂+4KOH$?_{充電}^{放電}$ K₂CO₃+6H₂O
①A（石墨）電極的名稱是陽極．
②通入O₂的電極的電極反應式是O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-
③寫出通入CH₃OH的電極的電極反應式是CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
④乙池中反應的化學方程式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃．
⑤當電路中通過0.01mol電子時，丙池溶液的C（H⁺）=0.1mol/L（忽略電解過程中溶液體積的變化）．
（3）合成甲醇的主要反應是：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1．
①在恒溫恒容條件下，充入一定量的H₂和CO，發生反應2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）．則該反應達到平衡狀態的標志有bcd
a．混合氣體的密度保持不變             b．混合氣體的總壓強保持不變
c．CO的質量分數保持不變              d．甲醇的濃度保持不變
e．v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）            f．v（CO）=v（CH₃OH）
②要提高反應2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）中CO的轉化率，可以采取的措施是：df
a．升溫         b．加入催化劑       c．增加CO的濃度
d．加入H₂      e．加入惰性氣體     f．分離出甲醇．

Answer 1

分析 （1）根據熱化學方程式的書寫方法可知，化學計量數與反應熱成正比，并注意標明物質的聚集狀態，根據燃燒熱的概念結合熱化學方程式的書寫來回答；
（2）甲池能自發的進行氧化還原反應，屬于原電池，通入甲醇的電極為負極、通入氧氣的電極為正極，則乙池、丙池是電解池，A、C屬于陽極，B、D屬于陰極，A電極反應式為氫氧根離子得電子生成氧氣，B極反應式為Ag⁺+e^-=Ag、C極反應式為4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑、D極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，據此分析解答；
（3）①平衡狀態時正逆反應速率相等，各組分的濃度保持不變；
②要提高CO的轉化率，應使平衡向正反應方向移動，結合化學平衡移動原理分析選項．

解答 解：（1）32gCH₃OH在氧氣中燃燒生成CO₂和液態水，放出726.4kJ熱量，64g即2molCH₃OH在氧氣中燃燒生成CO₂和液態水，放出1452.8kJ熱量，
則燃燒熱的熱化學方程式為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1452.8 kJ•mol^-1，
故答案為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1452.8 kJ•mol^-1；
（2）①甲池能自發的進行氧化還原反應，屬于燃料電池，為原電池，通入甲醇的電極為負極、通入氧氣的電極為正極，乙為電解池，A連接原電池正極，則為陽極，
故答案為：陽極；
②堿性條件下，氧氣得電子生成氫氧根離子，電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；
③堿性條件下，甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
④乙池為電解硝酸銀溶液的電解池，生成Ag和氧氣，電解方程式為4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃，故答案為：4AgNO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$4Ag+O₂↑+4HNO₃；
⑤丙池中C極反應式為4OH^-+4e^-=2H₂O+O₂↑、D極反應式為Cu²⁺+2e^-=Cu，當電路中通過0.01mol電子時，有0.01mol氫氧根離子反應，生成0.01mol氫離子，所以c（H⁺）=$\frac{0.01mol}{0.1L}$=0.1mol/L，故答案為：0.1；
（3）①a．容器體積不變，混合氣體的質量不變，所以密度始終不變，混合氣體的密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態，故a錯誤；
 b．該反應前后氣體物質的量不同，恒容容器中混合氣體的總壓強保持不變，說明各組分濃度不變，反應達到平衡狀態，故b正確；
c．CO的質量分數保持不變，說明反應達到平衡狀態，故c正確； 
d．甲醇的濃度保持不變，說明反應達到平衡狀態，故d正確； 
e．氫氣以甲醇的化學計量數不同，v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH），不能說明正逆反應速率相等，不能說明反應達到平衡狀態，故e錯誤；
f．v（CO）=v（CH₃OH），無法判斷正逆反應速率相等，故f錯誤；
故答案為：bcd；
②要提高CO的轉化率，應使平衡向正反應方向移動，
a．該反應放熱，升溫平衡逆向移動，故錯誤；
b．加入催化劑不影響平衡移動，故錯誤；
c．增加CO的濃度，CO的轉化率降低，故錯誤；
d．加入H₂平衡正向移動，CO的轉化率增大，故正確；
e．體積不變加入惰性氣體，平衡不移動，故錯誤；
f．分離出甲醇平衡正向移動，CO的轉化率增大，故正確；
故答案為：df．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫、原電池電解池相關知識、化學平衡的移動以及轉化率大小的判斷，題目綜合性強，難度較大．