Question

甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）分析该反应并回答下列问题：
平衡常数表达式为K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

．
（2）如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁

＞

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．

（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol-1
则，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1．
（4）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆．甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
①该电池工作时，b口通入的物质为

CH₃OH

，
②该电池正极的电极反应式为：

O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O

．
（5）以上述电池做电源，用图3所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示）：

Al→Al³⁺+3e^-

，

Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑

．

Answer 1

分析：（1）根据化学平衡常数表达式的书写方法回答；
（2）对于放热反应，温度越高，化学平衡常数越小；
（3）根据盖斯定律来计算反应的焓变；
（4）在燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，正极是氧气发生得电子的还原反应；
（5）根据电解池的工作原理和双水解原理知识来回答．

解答：解：（1）反应的化学平衡常数K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

，故答案为：

[CH3OH]

[CO][H2]2

；
（2）温度升高，化学反应速率加快，所以T₂＞T₁，根据图示可以看出：升高温度，平衡向着逆向进行，降低CO的转化率，说明反应是一个放热反应，温度升高，平衡常数降低，即T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁＞K₂，故答案为：＞；
（3）根据盖斯定律，反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）与反应①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1，将

1

2

（①-②+③×4）可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以反应的焓变△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1，故答案为：

b-a-4c

2

；
（4）①根据装置可以知道d处生成大量的水，所以c电极是通入的氧气，b口通入的物质为甲醇，故答案为：CH₃OH；
②d处生成大量的水，所以c电极是通入的氧气，为正极，发生电极反应为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
（5）在电解池中，金属铝为阳极，发生电极反应：Al→Al³⁺+3e^-，铝离子会和碳酸氢根离子之间发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，即Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，溶液逐渐变浑浊，故答案为：Al→Al³⁺+3e^-；Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

点评：本题是一道考查学生有关电化学和热化学知识的综合题目，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度较大．