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10.甲醇合成反应及其能量变化如图1所示:
(1)写出合成甲醇的热化学方程式:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-(b-a)kJ?mol-1
(2)实验室在1L的密闭容器中进行模拟上述甲醇合成实验.将1mol CO和2mol H2通入容器中,分别恒温在300℃和500℃反应,每隔一段时间测得容器内CH3OH的浓度如下表所示:


时间
浓度(mol?L-1
温度
10min20min30min40min50min60min
300℃0.400.600.750.840.900.90
500℃0.600.750.780.800.800.80
①下列措施中有利于增大上述反应的反应速率的是cd(填字母序号).
a.随时将CH3OH与反应混合物分离          b.降低反应温度
c.增大体系压强                           d.使用高效催化剂
②在300℃反应开始10min内,H2的平均反应速率为υ(H2)=0.08 mol?L-1?min-1
③在500℃达到平衡时,平衡常数K=25.
④在另一体积不变的密闭容器中,充入1.2mol CO和2.0mol H2,在一定条件下达到平衡,测得容器中压
强为起始压强的一半,该条件下H2的转化率为80%.
(3)乙醇燃料电池具有很高的实用价值.图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪,具有自动吹气流量侦测与控制的功能,非常适合进行现场酒精检测.则该电池的负极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+

分析 (1)由图可知,1molO(g)、2molH2(g)合成1molCH3OH(g)放出热量为(b-a)kJ;
(2)①加入催化剂、升高温度、增大压强、增大物质浓度等均可以增大反应速率;
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算υ(CH3OH),再利用速率之比等于化学计量数之比计算υ(H2);
③在500℃时,40min达到平衡,计算平衡时各组分浓度,代入平衡常数表达式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$计算;
④恒温恒容下,利用压强之比等于物质的量之比计算平衡时混合气体总物质的量,再利用差量法计算参加反应氢气物质的量,进而计算H2的转化率;
(3)负极发生氧化反应,由示意图可知,乙醇在负极失去电子得到乙酸,由元素守恒应有水参与反应,由电荷守恒应生成氢离子,氢离子通过质子交换膜,与正极的氧离子结合生成水.

解答 解:(1)由图可知,1molO(g)、2molH2(g)合成1molCH3OH(g)放出热量为(b-a)kJ,热化学方程式为:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-(b-a)kJ?mol-1
故答案为:CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H=-(b-a)kJ?mol-1
(2)①a.随时将CH3OH与反应混合物分离,生成物浓度减小,反应速率减慢,故a错误;
b.降低反应温度,反应速率减慢,故b错误;
c.反应各组分均为气体,增大体系压强,反应速率加快,故c正确;
d.使用高效催化剂,降低活化能,反应速率加快,故d正确,
故选:cd;
②在300℃反应开始10min内,υ(CH3OH)=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04 mol?L-1?min-1,速率之比等于化学计量数之比,则υ(H2)=2υ(CH3OH)=0.08 mol?L-1?min-1
故答案为:0.08 mol?L-1?min-1
③在500℃时,40min达到平衡,平衡时甲醇浓度为0.8mol/L,则:
              CO (g)+2H2(g)?CH3OH (g)
起始量(mol/L):1      2         0
转化量(mol/L):0.8    1.6       0.8
平衡量(mol/L):0.2    0.4       0.8
平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{0.8}{0.2×0.{4}^{2}}$=25,
故答案为:25;
④恒温恒容下,压强之比等于物质的量之比,故平衡时混合气体总物质的量为(1.2mol+2mol)×$\frac{1}{2}$=1.6mol,
CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△n
        2                  2
        n(H2)              3.2mol-1.6mol=1.6mol
故n(H2)=1.6mol,则H2的转化率为$\frac{1.6mol}{2mol}$×100%=80%,
故答案为:80%;
(3)负极发生氧化反应,由示意图可知,乙醇在负极失去电子得到乙酸,由元素守恒应有水参与反应,由电荷守恒应生成氢离子,氢离子通过质子交换膜,与正极的氧离子结合生成水,负极电极反应为:CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+
故答案为:CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+

点评 本题比较综合,涉及化学平衡计算、反应速率影响因素、热化学方程式书写、原电池等,(3)中注意根据原电池示意图判断发生的反应,难度中等.

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试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式:2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g)△H=-947.6 kJ•mol-1
(2)联氨的工业生产常用氨和次氯酸钠为原料获得,也可在高锰酸钾催化下,尿素[CO(NH22]和次氯酸钠-氢氧化钠溶液反应获得(产物中同时有两种正盐),尿素法反应的离子方程式为CO(NH22+ClO-+2OH-=N2H4+Cl-+CO32-+H2O.
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