Question

甲醇是一种常用的燃料，工业上可以用CO和H₂在一定条件下合成甲醇。

（1）已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（1）的燃烧热△H分别为：-283.0kJ／mol、-285.8 kJ/mol、-726.5kJ/mol，则CO合成甲醇的热化学方程式为：                      。

（2）在恒容密闭容器中CO与H₂发生反应生成甲醇，各物质浓度在不同条件下的变化状况如图所示（开始时氢气的浓度曲线和8分钟后甲醇的浓度曲线未画出。4分钟和8分钟改变的条件不同）：   

①下列说法正确的是       

A．起始时n（H₂）为1．7mol   

B．当容器内压强恒定时，说明反应达到平衡状态   

C．4分钟时，改变的条件是升高温度

D．7分钟时，v（CO）=v（CH­₃OH）

②计算0~2min内平均反应速率v（H₂）=        

③在3min时该反应的平衡常数K=       （计算结果）

④在图中画出8~12min之间c（CH₃OH）曲线   

（2）2009年，中国在甲醇燃料电池技术上获得突破，组装了自呼吸电池及主动式电堆，其装置原理如图甲。

①该电池的负极反应式为：                     。

②乙池是一铝制品表面“钝化”装置，两极分别为铝制品和石墨。

M电极的材料是                ，该铝制品表面“钝化”时的反应式为：                        。

 

Answer 1

【答案】

化学反应式或方程式未配平的均扣1分

（1）CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(l)  △H＝－128.1kJ/mol  （2分，方程式1分，反应热2分，状态错误扣1分，计量数错误不得分。）

（2） ① BD （2分，少选扣1分，有错选不得分）

② 0.4mol/(L·min) 或6.67×10^－3 mol·L^－1·s^－1（2分，无单位不得分）  

③ 0.99 （2分，数值在1.0～0.98之间均得分，写成“”或“” 得1分，单位不做要求。）

④

（3）① CH₃OH－6e^－＋H₂O＝CO₂↑＋6 H^＋  （2分，无“↑”或计量数不是最简不扣分；其他书写不得分。）

② 铝制品（1分，写“Al”或“铝”均可，其他书写不得分）   

2Al－6e^－＋6HCO₃^－＝Al₂O₃＋6CO₂↑＋3H₂O（3分，或“Al－3e^－＝Al^3＋，Al^3＋＋3HCO₃^－＝Al(OH)₃↓＋3CO₂↑，2Al(OH)₃＝Al₂O₃＋3H₂O”各1分，无“↑”或计量数不是最简不扣分；其他书写不得分。）

【解析】

试题分析：（1）先写出三种物质的燃烧热的热化学方程式。

①  CO（g）   △H₁＝－283.0kJ／mol

②  H₂（g）+     △H₂＝－285.8 kJ/mol

③  CH₃OH（1）+    △H₃＝－726.5kJ/mol

再写出目标方程式：CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(l)   △H₄

根据盖斯定律， ①+ ②×2-③即得到目标方程式。 △H₄= △H₁+△H₂×2-△H₃=－128.1kJ/mol

根据图像：             CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(l)

起始：（mol/L）          0.9      x         0

0-2min（mol/L）       —0.4    —0.8       0.4

2-4min（mol/L）（平衡）  0.5      0.9       0.4

4-6min（mol/L）       —0.2    —0.4       0.2

6-8min（mol/L）（平衡）  0.3      0.5       0.6

8-10min（mol/L）      —0.1     —0.2      0.1  

10-12min（mol/L）（平衡）0.2      0.3       y

①A项，起始时浓度x=C（H₂）为1．7mol/L，容器体积未知，所以物质的量也未知，A项错误。

B项，该容器是一个恒容的容器，反应是一个非等体积反应，因此当气体的总物质的量不再改变，即压强不再改变，反应即达到平衡状态，正确。

C项，4min时，平衡向右移，并且各物质的浓度是逐渐变化，所以应该是降温的条件下，C项错误。

D项，7min时，反应再次达到平衡，此时v（CO）=v（CH₃OH），D项正确。

②0~2min内平均反应速率v（H₂）==0.4 mol·L^-1·min^-1

③在3min时该反应的平衡常数

④在第8min时，CO的浓度减少0.1mol·L^-1，H₂的浓度减少0.2mol·L^-1，可知平衡在向右移动，CO和H₂的浓度都是逐渐变小，而此时的条件和上次平衡移动的条件不相同，所以只能是减少甲醇的浓度，才能使平衡向右移动，即在平衡移动的瞬间，甲醇的浓度是很少的，应该要低于0.05mol·L^-1，然后再增加0.1mol·L^-1，在第10min平衡，并且浓度y不超过0.15mol·L^-1。

（3）该装置中甲是一个燃料电池装置，给右边的装置乙提供电能，乙装置是一个电解池装置。

①甲中质子移向右边，从而推知甲装置左是负极，右是正极，则乙装置中M是阳极，N是阴极。甲中电池的负极反应式为：CH₃OH－6e^－＋H₂O＝CO₂↑＋6 H^＋  要注意电解质溶液质子在进行传递。

②乙池是一铝制品表面“钝化”装置，两极分别为铝制品和石墨。则阳极M材料是铝制品，阴极N材料是石墨。在铝表面钝化，即把铝变成Al₂O₃，同时考虑溶液中溶质为NaHCO₃，则电极反应为：2Al－6e^－＋6HCO₃^－=Al₂O₃＋6CO₂↑＋3H₂O

考点： 考查热化学方程式的书写、化学平衡原理及其图像问题、电化学综合。