Question

研究碳及其化合物的性质对促进低碳社会的构建具有重要意义。

 (1)将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通人体积为2L的恒容密闭容器中，进行反应 CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下两组数据：

实验组	温度℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①实验1中以CO₂表示的反应速率为_____________(保留2位小数)；

②该反应为___________(填“吸热”或“放热”)反应；

③实验2的平衡常数为___________________________。

(2)已知在常温常压下：

2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)  △H＝－1451.6kJ/mol

2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)   △H＝－566.0kJ/mol

写出甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式_______________________________。

(3)甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，实验室用如图装置模拟该过程，其原理是：通电后，Co²⁺被氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把甲醇氧化成CO₂而除去(Co³⁺的还原产物是CO²⁺)。

①写出阳极电极反应式_______________________________________________________________ ；

②写出除去甲醇的离子方程式__________________________________________________________。

 

Answer 1

【答案】

（12分）（1）①0.13mol/（L•min）（2分） ②放热（1分） ③（2分）

（2）CH₃OH(l)＋O₂(g)＝CO(g)＋2H₂O(l)  △H＝－442.8kJ/mol （3分，方程式2分，数值1分）

（3）①Co²⁺－e^－＝Co³⁺（2分） ②6Co³⁺＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6Co²⁺＋6H⁺（2分）

【解析】

试题分析：（1）①根据表中数据可知，氢气的物质的量变化量为1.6mol，因此根据反应的方程式可知，CO₂的变化量也是1.6mol，其浓度是1.6mol÷2L＝0.8mol/L，所以CO₂表示的反应速率是v(CO₂)＝0.8mol/L÷6min＝0.13mol/（L•min）。

②根据表中数据可知，实验1中CO的转化率为×100%＝40%，实验2中CO的转化率为×100%＝20%，因此实验1的转化率大于实验2。这说明温度升高平衡向逆反应方向移动，因此正反应放热。

③平衡时CO的物质的量为1.6mol÷2L＝0.8mol/L，则：

             CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)

起始浓度（mol/L）   1    0.5     0    0

转化浓度（mol/L）  0.2   0.2    0.2   0.2

平衡浓度（mol/L）  0.8   0.3     0.2   0.2

化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值.所以900℃时该反应平衡常数K＝＝＝0.17。

（2）已知反应①2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)  △H＝－1451.6kJ/mol和反应②2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)   △H＝－566.0kJ/mol，则根据盖斯定律可知，（①-②）÷2即得CH₃OH(l)＋O₂(g)＝CO(g)＋2H₂O(l)，所以该反应的反应热△H＝（－1451.6kJ/mol＋566.0kJ/mol）÷2＝－442.8kJ/mol。

（3）①电解池中阳极失去电子，发生氧化反应。因此通电后，Co²⁺在阳极失去电子氧化成Co³⁺，所以阳极电极反应式为Co²⁺－e^－＝Co³⁺。

②以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而除去，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，该反应的离子方程式为6Co³⁺＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6Co²⁺＋6H⁺。

考点：考查化学平衡、化学反应速率、平衡常数的计算；热化学方程式的书写；原电池和电解池的工作原理以及氧化还原反应方程式的书写等