Question

4．能源问题是人类社会面临的重大课题，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人们对核能源的恐慌．而甲醇是未来重要的绿色能源之一．

（1）已知：在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃烧生成CO₂和液态水时放热22.68kJ．
请写出甲醇燃烧的热化学方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1．
（2）目前有科学家在一定条件下利用水煤气（CO+H₂）合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）$\frac{\underline{\;Cu_{2}O/ZnO\;}}{\;}$CH₃OH（g）
甲醇的物质的量与反应温度的关系如图1所示：
①合成甲醇反应的△H＜0．（填“＞”、“＜”或“=”）
②其它条件不变，将E点的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，正反应速率加快，逆反应速率加快．（填“加快”、“减慢”、“不变”），重新平衡时c（CH₃OH）/c（CO）增大．（填“增大”、“减小”或“不变”）
③230℃时，平衡常数K=1．若其它条件不变，将温度升高到450℃时，达到平衡时，K＜1 （填“＞、＜或=”）
（3）利用甲醇燃料电池设计如2图所示的装置：则该装置中Zn极为阴极；写出a极的电极反应式O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）根据甲醇的质量及反应放出的热量来计算燃烧热，然后来书写热化学方程式；
（2）①由甲醇的物质的量与反应温度的关系图可知温度越高甲醇的物质的量越低来判断水煤气合成甲醇的反应热；
②由容积压缩则压强增大，利用压强对化学反应速率及化学平衡的影响来分析；
③根据温度对化学平衡的影响来分析化学平衡常数的变化；
（3）由图可知甲醇燃料电池是电源，则烧杯中的装置为电解池，利用电解池和原电池来分析解答．

解答 解：（1）由1g甲醇燃烧生成CO₂和液态水时放热22.68kJ，则1mol甲醇燃烧放出的热量为32×22.68kJ=725.8 kJ，即燃烧热△H=-725.8 kJ•mol^-1，由反应物与生成物、物质的状态、反应热，则甲醇燃烧的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-725.8 kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-725.8 kJ•mol^-1；
（2）①由图可知，500℃比300℃达平衡时甲醇的物质的量小，即升高温度化学平衡逆向移动，则正反应为放热反应，△H＜0，故答案为：＜；
②由其它条件不变，将E点的容积压缩到原来的1/2，则容积压缩时压强增大，加压时正、逆反应速率都加快，由水煤气合成甲醇的反应可知，该反应是气体体积缩小的反应，则加压时平衡正向移动，甲醇的物质的量增大，CO的物质的量减小，则c（CH₃OH）/c（CO）增大，故答案为：加快；增大；
③由230℃时，平衡常数K=1，该反应为放热反应，温度升高到450℃时平衡向逆反应方向移动，生成物的浓度变小，则K＜1，故答案为：＜；
（3）由图可知，甲醇燃料电池中a极通入氧气，在碱性条件氧气得电子生成氢氧根离子，即通入氧气的为正极，正极反应为O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-，
b为电池的负极，后边的烧杯为电解池装置，锌与b相连，则锌极为阴极，故答案为：阴；O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-．

点评 本题考查知识点较多，综合性强，注重对基础知识和基本技能的考查，同时注重对高考热点的训练，明确热化学方程式、化学平衡、化学反应速率、电化学等重要知识点是解答的关键．