Question

甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景．
（1）工业生产甲醇的常用方法是CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1．
已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）；△H=-571.6kJ?mol^-1；
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）；△H=-241.8kJ?mol^-1；
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566.0kJ?mol^-1；
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-37.3kJ?mol^-1．
①计算液体CH₃OH的燃烧热为

-1453/mol

．
②若在恒温恒容的容器内进行反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），下列表示该反应达到平衡状态的标志有

BC

（填字母）．
A．有1个HH键生成的同时有3个CH键生成
B．CO百分含量保持不变
C．容器中混合气体的压强不变化
D．容器中混合气体的密度不变化
（2）制甲醇所需要的H2，可用下列反应制取：H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）；△H＜0．某温度下该反应的平衡常数K=1，若起始时c（CO）=1mol?L^-1，c（H₂O）=2mol?L^-1，试回答下列问题：
①该温度下，反应进行一段时间后，测得H2的浓度为0.5mol?L^-1，则此时该反应v（正）

＞

（填“＞”“＜”或“=”）v（逆）．
②若反应温度不变，达到平衡后，H2O的转化率为

33.3%

．
（3）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置．
①该电池工作时，OH^-向

b

（填“a”或“b”）极移动．
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池负极反应的电极反应式为

CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）①燃烧热是完全燃烧1mol物质生成最稳定的产物过程所放出的热量，据此书写热化学方程式；
②根据化学平衡状态的特征：逆、定、动、变、等来回答判断；
（2）①根据浓度熵和平衡常数K的关系来确定反应的方向，进而确定化学反应速率；
②根据三段式计算物质的转化率；
（3）燃料电池的工作原理：电池的负极一定是燃料发生失电子的氧化反应，在正极上一定是发生氧气得电子的还原反应．

解答：解：（1）①燃烧热是完全燃烧1mol物质生成最稳定的产物过程所放出的热量，液体CH₃OH的燃烧的热化学方程式为：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），根据盖斯定律，该反应与下列四个反应：
a、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）；△H=-571.6kJ?mol^-1；
b、CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-90.8kJ?mol^-1；
c、2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）；△H=-566.0kJ?mol^-1；
d、CH₃OH（g）═CH₃OH（l）；△H=-37.3kJ?mol^-1的关系为：
所求的反应=2a-2b+c-2d，所以液体CH₃OH的燃烧热△H=2（-571.6kJ?mol^-1）-2（-90.8kJ?mol^-1）+（-566.0kJ?mol^-1）-2（-37.3kJ?mol^-1）=-1453KJ/mol，
故答案为：-1453KJ/mol；
②A．有1个H-H键生成的同时有3个C-H键生成，不能证明正逆反应速率相等，故A错误；
B．CO百分含量保持不变，证明达到了化学平衡状态，故B正确；
C．该反应是一个前后气体体积变化的反应，容器中混合气体的压强不变化，证明达到了平衡状态，故C正确；
D．混合气体质量守恒，体积恒定，所以容器中混合气体的密度不会发生变化，故D错误；
故选BC；
（2）①H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
初始浓度：2       1       0       0
变化浓度：0.5     0.5     0.5      0.5
末态浓度：1.5      0.5     0.5      0.5
此时浓度熵Qc=

0.5×0.5

1.5×0.5

=

1

3

＜1，即反应会正向进行，正反应速率大于逆反应速率，故答案为：大于；
②若反应温度不变，达到平衡后，设H₂O的变化浓度为x，
           H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
初始浓度：2       1       0       0
变化浓度：x        x       x        x
末态浓度：2-x      1-x      x        x
则

x2

(2-x)(1-x)

=1，解得x=

2

3

，所以水的转化率=

2 3

2

×100%≈33.3%，故答案为：33.3%；
（3）①燃料电池的工作原理：电池的负极一定是燃料发生失电子的氧化反应，在正极上一定是发生氧气得电子的还原反应，所以a为正极，b是负极，电解质里的阴离子移向电池的负极，所以该电池工作时，OH^-向b极移动，故答案为：b；
②电池负极是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，反应的电极反应式为CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题是一道关于化学反应速率、化学平衡、热化学、电化学等知识的综合考查题，考查学生分析和解决问题的能力，难度大．