Question

（16分）甲醇又称“木醇”，是无色有酒精气味易挥发的有毒液体。甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料，可用于制造甲醛和农药，并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。

（1）工业上可利用CO₂和H₂生产甲醇，方程式如下：

CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(l)＋H₂O (g) △H＝Q₁kJ·mol^－1

又查资料得知：①CH₃OH(l)＋1/2 O₂(g)CO₂(g)＋2H₂(g)    △H＝Q₂kJ·mol^－1

②H₂O(g)=H₂O(l)  △H= Q₃kJ·mol^－1，则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为                 。

（2）工业上可用CO和H₂O (g) 来合成CO₂ 和H₂，再利用⑴中反应原理合成甲醇。某温度下，将1molCO和1.5molH₂O充入10L固定密闭容器中进行化学反应：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)  △H＞0,当反应进行到10min时达到平衡，此时测得H₂为0.6 mol。回答下列问题:

①0～10min内H₂O(g)的平均反应速率为                  。

②若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率，可以采用的方法是           。

a.升高温度                   b.缩小容器的体积   

c.增大H₂O (g)的浓度           d.加入适当的催化剂

③若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH₂O(g)，重新达到化学平衡状态时,此时平衡混合气体中H₂的体积分数为           。

（3）甲醇燃料电池是符合绿色化学理念的新型燃料电池，下图是以甲醇燃料电池（甲池）为电源的电解装置。已知：A、B、C、D、E、F都是惰性电极，丙中为0.1 mol/L CuSO₄溶液 (假设反应前后溶液体积不变) ，当向甲池通入气体a和b时，D极附近呈红色。回答下列问题：

①a物质是       ,A电极的电极反应式为                   。

②乙装置中的总化学反应方程式为                         。

③当乙装置中C电极收集到224mL(标况下)气体时, 丙中溶液的pH＝     。

Answer

（1）CH3OH(l)+3/2 O2(g) == CO2(g)+2H2O(l) ΔH=(2Q1＋3Q2＋2Q3) kJ•mol－1；

（2）① 6×10－3 mol·L－1·min－1 ；②ac； ③ 25%；

（3）① CH3OH；CH3OH - 6e－ + 8OH－ = CO32－ + 6H2O；② 2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 ↑+ H2 ↑；③ 1。

【解析】

试题分析：（1）CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(g) △H＝Q1kJ·mol－1 ①，CH3OH(l)＋1/2 O2(g)CO2(g)＋2H2(g) △H＝Q2kJ·mol－1 ②，H2O(g)=H2O(l) △H= Q3kJ·mol－1 ③，燃烧热：1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，甲醇的燃烧热方程式①×2+②×3+③×2得出：CH3OH(l)+3/2 O2(g) == CO2(g)+2H2O(l) ΔH=(2Q1＋3Q2＋2Q3) kJ•mol－1；

（2）①v(H2)=0.6/(10×10)mol/(L·min)=6×10－3mol/(L·min)，根据化学反应速率之比等于化学计量数之比，v(H2O)=v(H2)=6×10－3mol/(L·min)；②a、此反应是吸热反应，升高温度加快反应速率，平衡向正反应方向移动，正确；b、缩小容器的体积，相当增大压强，增大压强反应速率加快，因为反应前后气体系数之和相等，增大压强平衡不移动，错误；c、增大水蒸气的浓度，增大了反应物的浓度，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，正确；d、加入催化剂只加快反应速率，不改变化学平衡，错误，因此选项ac正确；③

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

起始量： 1 1.5 0 0

变化量： 0.6 0.6 0.6 0.6 K=[c(CO2)·c(H2)]/[c(H2O)·c(CO)]=1

平衡量; 0.4 0.9 0.6 0.6

在充入1molCO和0.5molH2O(g)，相当开始时充入2molCO和2molH2O(g)，

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

起始量： 2 2 0 0

变化量： x x x x K=[c(CO2)·c(H2)]/[c(H2O)·c(CO)]=1

平衡量; 2-x 2-x x x 解得x=1

氢气的体积分数=1/4×100%=25%；

（3）①D极附近呈现红色，说明产生了OH－，即电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－根据电解池的工作原理，此极为阴极，A为电源的负极，则a为CH3OH，电源负极失电子化合价升高，此电池是燃料电池，且是碱性溶液，则电极反应式：CH3OH - 6e－ + 8OH－ = CO32－ + 6H2O，另一极为O2＋2H2O＋4e－=4OH－；②电解饱和食盐水，因为电极都是惰性材料，总化学反应方程式：2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 ↑+ H2 ↑；③C极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑，收集到224mL气体，整个电路通过电子的物质的量为0.02mol，丙中阳极：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，阴极：Cu2＋＋2e－=Cu，溶液中c(H+)=0.02/(200×10-3)mol·L－1，pH=1。

考点：考查反应热、燃烧热、化学反应速率、影响平衡移动的因素、平衡常数的计算、电极反应式的书写等知识。