Question

甲醇即是重要的化工原料，又是新型汽车动力燃料。已知甲醇常温下为液态，其燃烧△H=-726.5KJ/mol。

（1）写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式：                   。

（2）甲醇脱氢制取甲醛的原理为CH₃OH(g) HCHO(g)+H₂(g)，某科研小组在1L密闭容器中充入1molCH₃OH，对该反应进行了一系列的研究，得到甲醇的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示，回答下列问题：

①由图可知，该反应的△H         0(填“>”、“<”、“=”)。

②下列选项中，能说明该反应达到平衡状态的是          。

A．v(CH₃OH)=v(HCHO)

B．H₂浓度不再变化

C．混合气体平均相对分子质量不再变化

D．混合气体密度不变

③在t₁K时，该反应的平衡常数为K           ，此温度下，从反应开始到平衡所经过的时间为10s，则v(HCHO)为       mol/(L·s)，向此容器中再通入1.1molCH₃OH和1.1molH₂，则平衡向        移动(填“向左”、“向右”、“不”)

④600K时，Y点甲醇的v(正)            v(逆) (填“>”、“<”、“=”)，理由是            。

（3）某甲醇燃料电池(简称DMFC)，该电池由于结构简单，能量转化率高，对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示：

①负极的电极反应式为                     。

②若质子交换膜左右两侧的溶液均为1L2mol/LH₂SO₄溶液，当电池中有1mol电子转移时，左右两侧溶液的质量之差为          g(忽略气体的溶解，假设反应完全耗尽)

Answer

（1）CH3OH(I)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(I) △H=-726.5kJ·mol-1

（2）①>；②bc；③8.1；0.09；向右；④<；Y点甲醇的转化率大于X点，反应应向逆反应方向进行；

（3）①CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；②12；

【解析】

试题分析： （1）根据题意，甲醇燃烧热的热化学方程式为CH3OH(I)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(I) △H=-726.5kJ·mol-1，故答案为：CH3OH(I)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(I) △H=-726.5kJ·mol-1；

（2）①由图可知，温度越高，平衡时甲醇的转化率越大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，则△H＞0，故答案为：＞；

②a．没有指明正、逆速率，若均为正反应反应速率，二者反应速率始终相等，故a错误；b．随反应进行氢气的浓度增大，当H2的浓度不再变化时，说明到达平衡，故b正确；c．混合气体的总质量不变，随反应进行总物质的量增大，故随反应进行平均相对分子质量减小，当平均相对分子质量不再变化时，说明到达平衡，故c正确；d．混合气体总质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明到达平衡，故d错误，故答案为：bc；

③由图可知，T1K时甲醇的转化率为0.9，则参加反应甲醇的物质的量为0.9mol，容器体积为1L，则甲醇的起始浓度为1mol/L，浓度变化量为0.9mol/L，则：

CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g)

开始(mol)：1 0 0

转化(mol)：0.9 0.9 0.9

平衡(mol)：0.1 0.9 0.9

故T1K时，平衡常数K===8.1，此温度下，从反应开始到平衡所经过的时间为10s，则v(HCHO)==0.09mol/(L．s)，达到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH3OH和1.1molH2，此时的浓度商Qc==1.5＜K=8.1，平衡向正反应方向进行，故答案为：8.1；0.09；正反应方向；Qc==1.5＜K=8.1；

④由图可知，Y点的转化率高于相同温度下平衡点X的转化率，故Y点反应向逆反应方向移动，则v(正)＜v(逆)，故答案为：＜；Y点的转化率高于相同温度下平衡点X的转化率，故Y点反应向逆反应方向移动；

（3） ①根据图知，交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据氢离子移动方向知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上甲醇失去电子发生氧化反应，负极反应式为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，故答案为：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

②负极反应式为 2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+，正极反应式为3O2+12e-+12H+=6H2O，当电池中有12mol电子转移时，负极生成的12mol电子移向正极，负极溶液质量36g水，正极通入的3mol氧气与负极转移过来的12mol电子生成6mol水，质量增加108g，左右两侧溶液的质量之差为144g，因此当电池中有1mol电子转移时，左右两侧溶液的质量之差为12g，故答案为：12。

【考点定位】考查热化学方程式的书写、化学平衡常数计算、平衡状态判断、燃料电池

【名师点晴】本题考查热化学方程式的书写、化学平衡常数计算、平衡状态判断、燃料电池等知识点，侧重考查分析计算能力，知道只有反应前后改变的物理量才能作为平衡状态判断依据，会根据平衡常数与浓度商相对大小判断反应方向。可逆反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各组分的含量、浓度保持不变，由此衍生其它一些物理量不变，注意选择判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，当该物理量由变化到不变化，说明到达平衡。