Question

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的應用前景．工業上常用CO和H₂反應生產CH₃OH，并開發甲醇燃料電池．

（1）已知：CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453.0kJ/mol
則CH₃OH（l）不完全燃燒生成CO（g）和H₂O（l）的熱化學方程式為

 

．
（2）工業上常利用反應CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H＜0合成甲醇，在230⁰C～270⁰C最為有利．為研究合成氣最合適的起始組成比，分別在 230⁰C、250⁰C和270⁰C進行實驗，結果如圖1 所示．則230⁰C的實驗結果所對應的曲線是

 

（填字母）；該溫度下工業生產造宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO）的比值范圍是

 

（填字母）．
A.1～1.5B.2.5～3C.3.5～4.5
（3）制甲醇所需要的氫氣，可用下列反應制取：
H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0 某溫度下，該反應的平衡常數K=1．
①該溫度下，若起始時c（CO）=1mol/L，c（H₂O）=2mol/L，反應進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.5mol/L，則此時該反應v（正）

 

v（逆） （填＞、=、＜）．
②若降低溫度，該反應的K值將

 

．（填“增大“、“減小“或“不變“）
（4）某研究小組設計了如圖2所示的甲醇燃料電池裝置．
①該電池工作時，OH^-向

 

極移動（填“a“或‘'b“）．
②電池工作一段時間后，測得溶液的pH減小，則該電池總反應的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算分析得到所需熱化學方程式；
（2）依據反應是放熱反應，溫度越高，反應物轉化率越小來回答，反應的配比依據合成氨的工業制備原理類推；
（3）①依據化學三段式列式計算，結合濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向；
②反應是放熱反應，降低溫度平衡正向進行；
（4）①裝置圖分析可知a為正極，b為負極，原電池中陰離子移向負極；
②電池反應為甲醇和氧氣反應生成碳酸鉀、水，結合電荷守恒書寫離子方程式；

解答： 解：（1）①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
②2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453.0kJ/mol
依據蓋斯定律計算（②-①×2）×

1

2

CH₃OH（l）不完全燃燒生成CO（g）和H₂O（l）的熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ/mol；
（2）工業上用反應④低壓合成甲醇，在230℃～270℃最為有利．為研究合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃進行實驗，結果如圖．合成甲醇是放熱反應，溫度越低轉化率越大，結合圖象可知，230℃的實驗結果所對應的曲線是 X，；工業生產適宜采用的合成氣組成比n（H₂）：n（CO）的范圍應反應中 一氧化碳的轉化率大，提高氫氣的量會提高一氧化碳的轉化率，所以n（H₂）：n（CO）＞2：1，選項中氫氣量過量多消耗原料，故選B．
故答案為：X，B；
（3）①若起始時c（CO）=1mol/L，c（H₂O）=2mol/L，反應進行一段時間后，測得H₂的濃度為0.5mol/L
                H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0 
起始量（mol/L）  2         1      0       0
變化量（mol/L）  0.5      0.5      0.5     0.5
某時刻（mol/L）  1.5      0.5      0.5     0.5
Qc=

0.5×0.5

1.5×0.5

=

1

3

＜K=1，反應正向進行，此時該反應v（正）＞v（逆）；
故答案為：＞；
②H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）△H＜0，反應是放熱反應，降低溫度，平衡正向進行，該反應的K值將增大；
故答案為：增大；
（4）①裝置圖分析可知a為正極，b為負極，原電池中陰離子移向負極；
故答案為：b；
②電池反應為甲醇和氧氣反應生成碳酸鉀、水，反應的離子方程式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；

點評：本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律計算應用，化學平衡常數、化學平衡影響因素分析判斷，原電池原理的分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．