Question

（10分）甲醇是一种优质燃料，在工业上常用CO和H₂合成甲醇，反应方程式为CO (g)+H₂(g)

CH₃OH(g)。已知：①CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)  ΔH₁=－283.0 kJ/mol；②H₂(g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)  ΔH₂=－241.8 kJ/mol；③CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)  ΔH₃=－192.2 kJ/mol。回答下列问题：

（1）计算CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的反应热ΔH₄=_________________。

（2）若在绝热、恒容的密闭容器中充入1 mol CO、2 mol H₂，发生反应CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，下列示意图正确且能说明在进行到t₁时刻为平衡状态的是________（填选项字母）。

（3）T₁℃时，在一个体积为5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H₂，经过5 min达到平衡，CO的转化率为0.8。T₁℃时，在另一体积不变的密闭容器中也充入1 mol CO、2 mol H₂，达到平衡时CO的转化率为0.7，则该容器的体积______5 L（填“＞、＜或=”）；T₁℃时，CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的平衡常数K=____________。

（4）在T₁℃时，在体积为5 L的恒容容器中充入一定量的H₂和CO，反应达到平衡时CH₃OH的体积分数与n(H₂)/n(CO)的关系如图所示。温度不变，当n(H₂)/n(CO)=2.5时，达到平衡状态，CH₃OH的体积分数可能是图象中的________点。

（5）为了提高燃料的利用率可以将甲醇设计为燃料电池，写出KOH作电解质溶液时，甲醇燃料电池的负极反应式________________________________________________。

Answer

－574.4 kJ/mol d ＞ 625 F CH3OH+8OH–-6e–＝CO32–+6H2O

【解析】(1)①CO(g)+O2(g)═CO2(g)△H1=-283.0kJ/mol，②H2(g)+O2(g)═H2O(g)△H2=-241.8kJ/mol，③CH3OH(g)+O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H3=-192.2kJ/mol；盖斯定律计算①+②×2-③，得到CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)△H4=-574.4KJ/mol；
(2)a、图1表示t1时刻如果达平衡，正反应速率不变，而不是随时间间改变而减小，故a错误；b、充入1molCO、2molH2，生成生成物甲醇，放出热量，反应体系的温度升高，K减小，而不是增大，故b错误；c、一氧化碳与甲醇的物质的量相等，而不是平衡状态，故c错误；d、随着反应的进行，一氧化碳的质量减小，一氧化碳的质量分数不变，说明各物质的质量不变，反应达平衡状态，故d正确；
故选d，故答案为d；
(3)T1℃时，在一个体积为5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H2，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.8，化学三行计算列式得到，
       CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量(mol/L)  0.2  0.4       0
变化量(mol/L)  0.16 0.32       0.16
平衡量(mol/L) 0.04  0.08      0.16
则5min内用H2表示的反应速率为v(H2)==0.064mol/(L•min)，
温度不变，T1℃时，在另一体积不变的密闭容器中也充入1mol CO、2mol H2，达到平衡时CO的转化率为0.7，转化率减小说明平衡左移，体积增大，T1℃时，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K==625；
(4)当容器中各物质的物质的量之比等于化学方程式计量数之比时，达到平衡状态时生成物的体积分数最大，所以当n(H2)/n(CO)小于2，平衡时甲醇的体积分数逐渐增大，当n(H2)/n(CO)大于2，平衡时甲醇体积分数减小，所以C点对应的甲醇的体积分数最大，当n(H2)/n(CO)=2.5时，平衡时甲醇体积分数会降低，应选F点；
(5)燃料原电池中，甲醇失电子发生氧化反应，所以通入燃料甲醇的电极为负极，电极反应式为：CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O。

点睛：盖斯定律是指化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的；即化学反应热只与其反应的始态和终态有关，而与具体反应进行的途径无关；盖斯定律的基本使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”，平时要多练习，才能熟能生巧。