Question

15．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下列与甲醇有关的问题．
（1）甲醇分子是极性分子（填“极性”或“非极性”）．
（2）工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-86.6KJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入1mol CO和2mol H₂，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的$\frac{3}{5}$．
①达到平衡时，CO的转化率为60%
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有ce
a．2v（H₂）=v（CH₃OH）
b．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率
c．容器内的压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
e．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
则CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1
（4）由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．
①该电池负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
②若以该电池为电源，用石墨做电极电解200mL含有如表离子的溶液．

离子	Cu2+	H+	Cl-	SO42-
浓度（c/mol•L-1）	0.5	2	2	0.5

电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相同条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象）阳极上收集到氧气的质量为3.2g．

Answer 1

分析 （1）甲醇分子是极性分子；
（2）①依据化学平衡三段式列式计算，压强关系是气体物质的量的关系；
②依据平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，据此分析选项；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（4）①甲醇燃料电池甲醇在负极失电子，碱溶液中生成碳酸盐，依据溶液中氢氧根离子配平电荷守恒；
②根据原电池原理，正极O₂得到电子生成负极O^2-；依据电解原理和溶液中离子放电顺序，结合电子守恒和电极反应计算得到．

解答 解：（1）甲醇分子是甲基和羟基形成的化合物是极性分子；
故答案为：极性；
（2）①工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入Imol CO和2mol H₂，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的$\frac{3}{5}$，依据化学平衡三段式列式，设消耗的一氧化碳物质的量为x；
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1        2         0
变化量（mol） x       2x         x
平衡量（mol）1-x     2-2x         x
1-x+2-2x+x=3×$\frac{3}{5}$x=0.6
一氧化碳转化率=60%；
故答案为：60%；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应；
a．反应速率之比等于化学方程式系数之比，是正反应之比，v（H₂）正═2v（CH₃OH）逆，才能说明反应达到平衡状态，故A错误；
b．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率，说明费用正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
c．反应前后气体物质的量改变，容器内的压强保持不变，气体物质的量不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
d．气体质量不变，体积固定，混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
e．气体质量不变，物质的量变化，混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应达到平衡状态，故F正确；
故答案为：ce；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依据盖斯定律计算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H═$\frac{b-a-4c}{2}$KJ/mol；
故答案为：$\frac{b-a-4c}{2}$；
（4）①燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是氢氧化钠溶液，根据原电池原理，正极电极反应是O₂得到电子生成氢氧根离子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极电极反应：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是氢氧化钠溶液，根据原电池原理，正极电极反应是O₂得到电子生成氢氧根离子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极电极反应：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；电解一段时间后，当两极收集到相同体积（相词条件）的气体时（忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象），200ml溶液中含有c（Cu²⁺）=0.5mol/L，c（H⁺）=2mol/L，c（Cl^-）=2mol/L，c（SO₄^2-）=0.5mol/L；
阳极氯气和阴极氢气相同，设阳极生成的氧气物质的量为x，阴极上也应生成氢气物质的量x
阳极电极反应为：2Cl  ^--2e^-=Cl₂↑，4OH^--4e-=2H₂O+O₂↑，
             0.4mol 0.4mol    0.2mol           4x        x
阴极电极反应为：Cu²⁺+2e^-=Cu，
            0.1mol  0.2mol  0.1mol       
      2H⁺+2e^-=H₂↑；                2H⁺+2e^-=H₂↑；   
     0.4mol  0.4mol   0.2mol                 2x    x
依据电子守恒0.4+4x=0.2+0.4+2x
x=0.1mol
阳极上收集到氧气的物质的量0.1mol，质量为3.2g；
故答案为：3.2g．

点评 本题考查了化学平衡影响因素、平衡转化率计算、热化学方程式书写和盖斯定律计算应用，电解池中电子守恒的计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．