Question

甲醇是一种易挥发的液体，它是一种重要的化工原料，也是一种清洁能源。

（1）已知：①CO(g) + 2H₂(g) CH₃OH(l)   ΔH＝－128.1 kJ·mol^－1

②2H₂(g) + O₂(g) = 2H₂O(l)    ΔH＝－571.6 kJ·mol^－1

③H₂(g) + 1/2O₂(g) = H₂O(g)    ΔH＝－241.8 kJ·mol^－1

④2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)    ΔH＝－566.0 kJ·mol^－1

写出表示CH₃OH燃烧热的热化学方程式：________________________________。

（2）不同温度下，将1.0 molCH₄和2.4molH₂O（g）通入容积为10 L的恒容密闭容器中发生如下反应： CH₄(g)+ H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)，测得体系中H₂O的体积百分含量随着时间的变化情况如下图所示：

①T₁____T₂（填“＞”“＜”或“=”，下同），其对应的平衡常数K₁____K₂。

②温度T₂下，从反应开始到2min时，ν（H₂O）=___________。

③T₁温度时，若已知到达平衡是H₂O(g)的体积百分含量为40％，则该温度下上述反应的平衡常数K=____________。（保留两位小数点）

（3）科学家用氮化镓组成如图所示的人工光合系统，利用该装置成功地以CO₂和H₂O为原料合成了CH₄。铜电极表面的电极反应式为__________________________。

（4）已知CO可与I₂O₅反应：5 CO(g)+I₂O₅(s)5CO₂(g)+I₂(s)。将甲醇不完全燃烧产生的500mL（标准状况）气体用足量的I₂O₅处理后，将所得的I₂准确地配成100mL碘的酒精溶液。再取25.00mL该溶液加入淀粉溶液作指示剂后用0.0100mol·L^－1 Na₂S₂O₃标准溶液滴定，消耗标准溶液20.00mL（气体样品中其它成分与I₂O₅不反应；2Na₂S₂O₃+I₂=2NaI+Na₂S₄O₆）。

①滴定终点时溶液颜色变化为____________________________。

②气体样品中CO的体积分数为________________。

Answer

CH3OH（l）+ 3/2O2（g）= CO2（g）+H2O（l）ΔH＝－726.5 kJ·mol－1 ＜ ＜ 0.04mol·L－1·min－1 0.04 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O 蓝色褪为无色 8.96%

【解析】

试题本题考查盖斯定律的应用，图像分析，化学反应速率和化学平衡常数的计算，电极反应式的书写，氧化还原反应的滴定实验。

（1）应用盖斯定律，将②+④-①得，CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（-571.6kJ/mol）+（-566.0kJ/mol）-（-128.1kJ/mol）=-726.5kJ/mol，CH3OH燃烧热的热化学方程式为CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-726.5kJ/mol。

（2）①根据图示，T2时达到平衡所需时间小于T1时，其他条件相同时升高温度反应速率加快，则T1T2。T2平衡时体系中H2O（g）的体积百分含量小于T1时，升高温度平衡向正反应方向移动，正反应为吸热反应，则对应的平衡常数K1K2。

②根据图像，温度T2下，2min时体系中H2O（g）的体积百分含量为32%，设从开始到2min时转化H2O（g）物质的量浓度为x，用三段式

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

c（起始）（mol/L） 0.1 0.24 0 0

c（转化）（mol/L） x x x 3x

c（2min末）（mol/L）0.1-x 0.24-x x 3x

=32%，解得x=0.08mol/L，从反应开始到2min时υ（H2O）==0.04mol/（L·min）。

③T1温度时，设从开始到平衡转化CH4物质的量浓度为y，用三段式

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

c（起始）（mol/L） 0.1 0.24 0 0

c（转化）（mol/L） y y y 3y

c（平衡）（mol/L） 0.1-y 0.24-y y 3y

平衡时H2O（g）的体积百分含量为40%，则=40%，解得y=0.058mol/L，平衡时CH4、H2O（g）、CO、H2物质的量浓度依次为0.042mol/L、0.182mol/L、0.058mol/L、0.174mol/L，该温度下反应的平衡常数K===0.04。

（3）根据图示在Cu电极表面CO2得到电子被还原成CH4，1molCO2得到8mol电子被还原成1molCH4，Cu电极表面的电极反应式为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。

（4）①碘的酒精溶液中加入淀粉溶液，溶液变蓝，用Na2S2O3滴定到终点，I2被完全消耗，滴定终点时溶液颜色的变化为：蓝色褪为无色。

②根据方程式5CO（g）+I2O5（s）5CO2（g）+I2（s）和2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6，写出关系式5CO~I2~2Na2S2O3，500mL气体样品中含CO物质的量为0.0100mol/L0.02L=0.002mol，标准状况下V（CO）=0.002mol22.4L/mol=0.0448L=44.8mL，气体样品中CO的体积分数为100%=8.96%。