Question

开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题．氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池．
（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

 

．
（2）生产甲醇的原料CO和H₂来源于：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0
①一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图a．则T_l

 

T₂（填“＜”、“＞”、“=”，下同）；A、B、C三点处对应平衡常数（K_A、K_B、K_C）的大小关系为

 

．
②100℃时，将1mol CH₄和2mol H₂O通入容积为1L的定容密封容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是

 

．
a．容器内气体密度恒定
b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3mol H₂
c．容器的压强恒定
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
如果达到平衡时CH₄的转化率为0.5，则100℃时该反应的平衡常数K=

 

．
（3）某实验小组利用CO（g）、O₂（g）、KOH（aq）设计成如图b所示的电池装置，则该电池负极的电极反应式为

 

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Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
（2）①正反应为吸热反应，压强一定时，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，据此判断温度大小；
平衡常数只受温度影响，处于等温线上各点平衡常数相等，由图可知，压强一定时，温度T₂条件下，甲烷的转化率更大，则反应进行的程度更大；
②达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，百分含量不变，以及由此衍生其它一些物理量不变，据此结合选项判断；
利用三段式计算平衡时各组分的物质的量浓度，代入平衡常数表达式计算．
（3）CO发生氧化反应，在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水．

解答： 解：（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×

1

2

-②×

1

2

+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ?mol^-1；
（2）①由图开始，压强一定时，温度T₂的转化率较大，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故温度T_l＜T₂；
平衡常数只受温度影响，B、C处于等温线上，平衡常数相等，由图可知，压强一定时，温度T₂条件下，甲烷的转化率更大，则反应进行的程度更大，比温度T₁时的平衡常数大，故平衡常数K_C=K_B＞K_A，
故答案为：＜；K_C=K_B＞K_A；
②a．100℃时，反应混合物都是气体，混合气体总质量不变，容器的容积不变，容器内气体密度始终不变，不能说明得到平衡，故a错误；
b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3molH₂，反应始终按此比例进行，不能说明到达平衡，故b错误；
c．随反应进行混合气体总物质的量增大，容器容积不变，压强增大，当容器的压强恒定时，说明到达平衡，故c正确；
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物质的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故d正确，
故答案为：cd；
平衡时甲烷的转化为0.5，则甲烷的浓度变化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，
            CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始（mol/L）：1       2        0       0
变化（mol/L）：0.5     0.5      0.5     1.5 
平衡（mol/L）：0.5    1.5       0.5    1.5
故平衡常数k=

0.5×1．53

0.5×1.5

=2.25，
故答案为：cd；2.25；
（3）CO发生氧化反应，在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，负极电极反应式为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O，
故答案为：CO-2e^-+4OH^-=CO₃^2-+2H₂O．

点评：本题比较综合，难度中等，涉及热化学方程式、化学平衡图象及影响因素、平衡常数、平衡状态判断、原电池等，（3）可以用总反应式减去正极电极反应式得负极电极反应式．