Question

6．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下列与甲醇有关的问题．
（1）甲醇分子是极性分子（填“极性”或“非极性”）．
（2）工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-86.6KJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入1mol CO和2mol H₂，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的3/5．
①达到平衡时，CO的转化率为60%
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有CE
A．2v（H₂）=v（CH₃OH）          B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率
C．容器内的压强保持不变      D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
则CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）△H=$\frac{1}{2}$（b-a-4c）kJ•mol^-1
（4）由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．
①该电池负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②若以该电池为电源，用石墨做电极电解200mL含有如下离子的溶液．

离子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
c/mol•L-1	0.5	2	2	0.5

电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象）阳极上收集到氧气的质量为3.2g．

Answer 1

分析 （1）甲醇分子结构不对称，分子中正负电荷正向不重合；
（2）①恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，计算平衡时混合气体物质的量，再利用差量法计算
参加反应CO物质的量，进而计算CO的转化率；
②可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
（3）根据盖斯定律，（①-②+③×4）÷2可得：CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）；
（4）①原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水；
②溶液中n（Cu²⁺）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，n（H⁺）=0.2L×2mol/L=0.4mol，c（Cl^-）=0.2L×2mol/L=0.4mol，
开始阶段，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，阳极电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体，且阳极生成氧气，则阴极还发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极还发生：4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，阳极生成氯气为0.2mol，假设氧气为xmol，则氢气为（x+0.2）mol，根据电子转移守恒列方程计算解答．

解答 解：（1）甲醇分子结构不对称，分子中正负电荷正向不重合，属于极性分子，
故答案为：极性；
（2）①恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，平衡时混合气体物质的量为（1mol+2mol）×$\frac{3}{5}$=1.8mol，则：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）物质的量减小
1                            2
0.6mol                    3mol-1.8mol=1.2mol
则CO的转化率为$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案为：60%；
②A．未指明正逆速率，不能说明到达平衡，若分别表示正逆速率，反应到达平衡，故A错误；
 B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故B错误；
C．随反应进行混合气体物质的量变化，恒温恒容下，容器内的压强发生变化，若容器内压强保持不变，说明反应到达平衡，故C正确；
D．混合气体总质量不变，容器的容积不变，混合气体的密度始终保持不变，故D错误；
E．混合气体总质量不变，随反应进行混合气体物质的量变化，则平均相对分子质量发生变化，混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应到达平衡，故E正确，
故选：CE；
（3）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
根据盖斯定律，（①-②+③×4）÷2可得：CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1），△H=$\frac{1}{2}$[-a-（-b）-4c]kJ/mol=$\frac{1}{2}$（b-a-4c）kJ/mol，
故答案为：$\frac{1}{2}$（b-a-4c）；
（4）①原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②溶液中n（Cu²⁺）=0.2L×0.5mol/L=0.1mol，n（H⁺）=0.2L×2mol/L=0.4mol，c（Cl^-）=0.2L×2mol/L=0.4mol，
开始阶段，阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，阳极电极反应为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体，且阳极生成氧气，则阴极还发生反应：2H⁺+2e^-=H₂↑，阳极还发生：4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，阳极生成氯气为0.2mol，假设氧气为xmol，则氢气为（x+0.2）mol，根据电子转移守恒，则0.1mol×2+（x+0.2）mol×2=0.2mol×2+xmol×4，解得x=0.1，故收集氧气的质量为0.1mol×32g/mol=3.2g，
故答案为：3.2g．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、盖斯定律应用、电解原理及有关计算等，是对学生综合能力的考查，难度中等．