Question

7．能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的能源物质之一．
（1）合成甲醇的反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H
图1表示某次合成实验过程中甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度的关系曲线，则该反应的△H＜0（填“＞、＜或=”） 

（2）若在230℃时，平衡常数K=1．若其它条件不变，将温度升高到500℃时，达到平衡时，K＜1 （填“＞、＜或=”）
（3）在某温度下，向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H₂，达到平衡时CO的转化率为90%，此时容器内的压强为开始时的0.55倍．
（4）利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置：则该装置中Cu极为阳极；写出b极的电极反应式CH₃OH+8OH^--6e^-=CO^2-₃+6H₂O当铜片的质量变化为12.8g时：a极上消耗的O₂在标准状况下的体积为2.24L．

Answer 1

分析 （1）230℃处于平衡状态，再升高温度甲醇的体积分数，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
（2）说明升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小；
（3）参加反应CO为2.5mol×90%=2.25mol，进而计算平衡时混合气体总物质的量，恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比；
（4）b电极通入甲醇，发生氧化反应，a电极通入氧气，发生还原反应，则a为正极、b为负极，Cu连接a极，则为阳极，b电极上甲醇失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水；根据电子转移守恒计算消耗氧气的体积．

解答 解：（1）230℃处于平衡状态，再升高温度甲醇的体积分数，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为放热反应，则△H＜0，故答案为：＜；
（2）正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，则K＜1，故答案为：＜；
（3）参加反应CO为2.5mol×90%=2.25mol，则：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 气体物质的量减小
1                                2
2.25mol                          4.5mol
故平衡后混合气体总物质的量为2.5mol+7.5mol-4.5mol=5.5mol，恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，此时容器内的压强为开始时的$\frac{5.5mol}{2.5mol+7.5mol}$=0.55倍，
故答案为：0.55；
（4）b电极通入甲醇，发生氧化反应，a电极通入氧气，发生还原反应，则a为正极、b为负极，Cu连接a极，则为阳极，b电极上甲醇失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO^2-₃+6H₂O；
当铜片的质量变化为12.8g时，消耗的Cu为$\frac{12.8g}{64g/mol}$=0.2mol，根据电子转移守恒可知消耗氧气为$\frac{0.2mol×2}{4}$=0.1mol，则a极上消耗的O₂在标准状况下的体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L，
故答案为：阳；CH₃OH+8OH^--6e^-=CO^2-₃+6H₂O；2.24．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、原电池与电解原理等，难度中等，（4）中注意利用电子转移守恒计算解答．