Question

甲醇又称“木醇”或“木精”，沸点64.7℃，是无色有酒精气味易挥发的液体．甲醇有毒，误饮5～10mL能双目失明，大量饮用会导致死亡．甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料，可用于制造甲醛和农药，并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等．

（1）工业上可利用CO₂和H₂生产甲醇，方程式如下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O （g）△H=Q₁kJ?mol^-1
又查资料得知：①CH₃OH（l）+1/2O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=Q₂kJ?mol^-1
②H₂O（g）=H₂O（l）△H=Q₃kJ?mol^-1，则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为

 

．
（2）工业上可用CO和H₂O（g）来合成CO₂ 和H₂，再利用（1）中反应原理合成甲醇．某温度下，将1molCO和1.5molH₂O充入10L固定密闭容器中进行化学反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，当反应进行到10min时达到平衡，此时测得H₂为0.6mol．回答下列问题：
①0～10min内H₂O（g）的平均反应速率为

 

．
②若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率，可以采用的方法是

 

．
a．升高温度                       
b．缩小容器的体积
c．增大H₂O （g）的浓度            
d．加入适当的催化剂
③若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH₂O（g），重新达到化学平衡状态时，此时平衡混合气体中H₂的体积分数为

 

．
（3）甲醇燃料电池是符合绿色化学理念的新型燃料电池，下图是以甲醇燃料电池（甲池）为电源的电解装置．已知：A、B、C、D、E、F都是惰性电极，丙中为0.1mol/L CuSO₄溶液 （假设反应前后溶液体积不变），当向甲池通入气体a和b时，D极附近呈红色．回答下列问题：
①a物质是

 

，A电极的电极反应式为

 

．
②乙装置中的总化学反应方程式为

 

．
③当乙装置中C电极收集到224mL（标况下）气体时，丙中溶液的pH=

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,电解原理

专题：

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算分析得到所需热化学方程式；
（2）①平均反应速率=

△c

△t

计算得到；
②若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率，依据化学反应影响因素和平衡移动原理分析选择的条件；
③结合平衡常数概念，依据化学平衡三段式列式计算得到；
（3）甲为原电池，乙、丙为电解池，当向甲池通入气体a和b时，D极附近呈红色，说明D为电解池的阴极，C为电解池的阳极，b为正极，a为负极，E为阳极，F为阴极；
①a为甲醇电极商十点钟发生氧化反生成碳酸盐；
②乙中是电极饱和食盐水；
③依据电极反应和电子守恒计算所得溶液的PH．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O （g）△H=Q₁kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）?CO₂（g）+2H₂（g）△H=Q₂kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=Q₃kJ?mol^-1，依据盖斯定律①×2+②×3+③×2得到：
表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（2Q₁+3Q₂+2Q₃） kJ?mol^-1；
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=（2Q₁+3Q₂+2Q₃） kJ?mol^-1；
（2）业上可用CO和H₂O（g）来合成CO₂ 和H₂，再利用（1）中反应原理合成甲醇．某温度下，将1molCO和1.5molH₂O充入10L固定密闭容器中进行化学反应：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，当反应进行到10min时达到平衡，此时测得H₂为0.6mol，依据化学平衡三段式列式
              CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）  1       1.5      0        0
变化量（mol）  0.6     0.6      0.6      0.6
平衡量（mol） 0.4      0.9      0.6      0.6
故答案为：6×10^-3 mol?L^-1?min^-1；
①0～10min内H₂O（g）的平均反应速率=

0.6mol 10L

10min

=0.006mol/L?min；
故答案为：0.006mol/L?min；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＞0，反应是气体体积不变的吸热反应，若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率，可以采用的方法是；
a．升高温度，反应速率增大，平衡正向进行，故a符合；                       
b．缩小容器的体积，压强增大，平衡不变，速率增大，不能提高一氧化碳转化率，故B不符合；
c．增大H₂O （g）的浓度，反应速率增大，一氧化碳转化率增大，故c符合；           
d．加入适当的催化剂，改变反应速率，不改变化学平衡，一氧化碳转化率不变，故d不符合；
故答案为：ac；
③计算平衡常数，K=

0.6×0.6

0.4×0.9

=1
 若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH₂O（g），设生成氢气物质的量为x           
                CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始量（mol）    1+0.4  0.9+0.4      0.6   0.6
.6变化量（mol）  x       x            x     x
平衡量（mol） 1.4-x    1.4-x      0.6+x      0.6+x

(0.6+x)2

(1.4-x)2

=1
x=0.4mol
此时平衡混合气体中H₂的体积分数=

0.6+0.4

1.4+1.4+0.6+0.6

×100%=25%
故答案为：25%；
（3）甲为原电池，乙、丙为电解池，当向甲池通入气体a和b时，D极附近呈红色，说明D为电解池的阴极，C为电解池的阳极，b为正极，a为负极，E为阳极，F为阴极；
①上述分析可知a物质为甲醇，电极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CH₃OH；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②乙中是电极饱和食盐水，生成氯气和氢气、氢氧化钠溶液，反应的化学方程式为：2NaCl+2H₂O 

通电  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
故答案为：2NaCl+2H₂O 

通电  .

2NaOH+Cl₂↑+H₂↑；
③当乙装置中C电极收集到224mL（标况下）气体时，生成氯气物质的量=

0.224L

22.4L/mol

=0.01mol，2Cl^--2e^-=Cl₂↑，电子转移0.02mol，丙中电解硫酸铜的反应为：2CuSO₄+2H₂O

通电  .

2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，电子转移4mol，反应2mol硫酸铜，生成硫酸2mol，电子转移0.02mol，生成硫酸0.01mol，氢离子浓度=0.02mol，c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，溶液的pH=1
故答案为：1；

点评：本题考查了化学平衡、反应速率的影响因素分析判断，平衡常数、反应速率的计算应用，原电池原理的理解应用和电解池中溶液PH的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．