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4.甲醇的研究成为当代社会的热点.

Ⅰ.甲醇燃料电池(DNFC)被认为是21世纪电动汽车最佳候选动力源.
(1)101kP  a时,1mol CH3OH完全燃烧生成稳定的氧化物放出热量726.51kJ/mol,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=-726.51kJ/mol.
(2)甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸汽转化为氢气的两种反应原理是:
①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)△H1=+49.0kJ•mol-1
②CH3OH(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2(g)△H2
已知H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(g)△H=-241.8kJ•mol-1
则反应②的△H2=-192.8kJ•mol-1
(3)甲醇燃料电池的结构示意图如图1.甲醇进入负极(填“正”或“负”),正极发生的电极反应为O2+4H++4e-═2H2O.负极发生的电极反应为CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2
Ⅱ.一定条件下,在体积为3L的密闭容器中反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)达到化学平衡状态.
(1)该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c(C{H_3}OH)}}{{c(CO)•{c^2}({H_2})}}$;根据图2,升高温度,K值将减小(填“增大”、“减小”或“不变”).
(2)500℃时,从反应开始到达到化学平衡,以H2的浓度变化表示的化学反应速率是$\frac{{2{n_B}}}{{3t{\;}_B}}$mol•L-1•min-1(用nB、tB表示).
(3)判断该可逆反应达到化学平衡状态的标志是cd(填字母).
a.v生成(CH3OH)=v消耗(CO)         b.混合气体的密度不再改变
c.混合气体的平均相对分子质量不再改变 d.CO、H2、CH3OH的浓度均不再变化
(4)300℃时,将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$,在其他条件不变的情况下,对平衡体系产生的影响是cd(填字母).
a.c(H2)减少                   b.正反应速率加快,逆反应速率减慢
c.CH3OH 的物质的量增加          d.重新平衡时$\frac{c({H}_{2})}{c(C{H}_{3}OH)}$减小.

分析 Ⅰ.(1)依据燃烧热概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量,题干所给量结合热化学方程式书写方法,标注物质聚集状态和对应焓变;
(2)由盖斯定律可知,①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)△H1=+49.0kJ•mol-1、③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJ•mol-1,①+③得到反应②;
(3)甲醇燃料电池中,甲醇为负极,正极发生还原反应,电极反应式为:O2+4H++4e-═2H2O;
Ⅱ.(1)根据化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,列出平衡常数的表达式;根据升高温度乙醇的物质的量减小,平衡逆向移动,判断平衡常数的变化;
(2)根据化学反应速率是υ(H2)=2υ(CH3OH)计算;
(3)达到平衡时,正逆反应速率相等,混合气体的平均相对分子质量不再改变,CO、H2、CH3OH的浓度不再改变;
(4)将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$,压强增大,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,以此判断.

解答 解:Ⅰ.(1)在25℃、101kPa下,1mol CH3OH液体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量726.51kJ,则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.76kJ•mol-1
故答案为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-725.76kJ•mol-1
(2)由盖斯定律可知,①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)△H1=+49.0kJ•mol-1、③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═H2O(g)△H=-241.8kJ•mol-1,①+③得到反应②,则△H2=+49.0kJ•mol-1+(-241.8kJ•mol-1)=-192.8kJ•mol-1,故答案为:-192.8;
(3)甲醇燃料电池中,甲醇中C元素的化合价升高,则甲醇为负极,正极发生还原反应,电极反应式为:O2+4H++4e-═2H2O,负极是甲醇在酸溶液中失电子生成二氧化碳,结合电荷守恒写出电极反应为:CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2
故答案为:负;O2+4H++4e-═2H2O;CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2
Ⅱ.(1)化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,反应物的生成物都是气体,故平衡常数表达式为K=$\frac{{c(C{H_3}OH)}}{{c(CO)•{c^2}({H_2})}}$,由图象可知升高温度乙醇的物质的量减少,平衡向逆反应方向移动,K减小,故答案为:$\frac{{c(C{H_3}OH)}}{{c(CO)•{c^2}({H_2})}}$;减小;
(2)υ(CH3OH)=$\frac{{n}_{B}}{{n}_{t}×3L}$mol/(L.min),故υ(H2)=2υ(CH3OH)=$\frac{2{n}_{B}}{3{t}_{B}}$mol/(L.min),故答案为:$\frac{2{n}_{B}}{3{t}_{B}}$mol/(L.min);
(3)达到平衡时,正逆反应速率相等,混合气体的平均相对分子质量不再改变,CO、H2、CH3OH的浓度不再改变,在体积不变时,气体的密度不变,不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故答案为:c、d;
(4)将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$,压强增大,正逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,CH3OH的物质的量增加,氢气的物质的量减少,但浓度增大,甲醇的物质的量增多,故有c(H2)/c(CH3OH)减小,故答案为:cd.

点评 本题考查化学平衡的影响因素和化学平衡的标志等问题,题目难度中等,注意外界条件对化学平衡移动的影响以及平衡状态的判断角度.

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请填写下列空白.
(1)E元素基态原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1
(2)B、C、D三种元素的第一电离能数值由小到大的顺序为C<O<N(填元素符号),其原因为同周期随原子序数增大元素第一电离能呈增大趋势,但氮元素2p能级为半满稳定状态,其第一电离能大于氧元素.
(3)B2A4是重要的基本石油化工原料.B2A4分子中B原子轨道的杂化类型为sp2;1mol B2A4分子中含5molσ键.
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19.可逆反应:aA(g)+bB(s)?cC(g)+d D(g),当其他条件不变时,反应过程中某物质在混合物中的百分含量与温度(T)、压强(P)的关系如图所示,下列判断正确的是(  )
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16.钢铁工业对促进经济和社会发展起了重要作用.
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