Question

甲醇是一種可再生能源，又是一種重要的化工原料，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景．工業(yè)上可用如下方法合成甲醇：

方法一	CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
方法二	CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）

（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）?2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
則甲醇不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為

 

（2）方法一生產(chǎn)甲醇是目前工業(yè)上常用的方法．在一定溫度下，向2L密閉容器中充入1molCO和2molH₂，發(fā)生上述反應(yīng)，5分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為80%．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
①前5分鐘內(nèi)甲醇的平均反應(yīng)速率為

 

；已知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的△H為

 

（填“＞”、“＜”或“=”）0．
②在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
③某時(shí)刻向該平衡體系中加入CO、H₂、CH₃OH各0.2mol后，將使ν_正

 

ν_逆（填“＞”“=”“＜”）．
（3）全釩液流儲(chǔ)能電池是利用不同價(jià)態(tài)離子對(duì)的氧化還原反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，其原理如圖所示．
①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，其電極反應(yīng)式為

 

．
②充電過(guò)程中，右槽溶液顏色變化是

 

．
③若用甲醇燃料電池作為電源對(duì)其充電時(shí)，若消耗甲醇4.8g時(shí)，電路中轉(zhuǎn)移的電量的為

 

（法拉第常數(shù)F=9.65×l0⁴C?mol^-1）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,原電池和電解池的工作原理

專(zhuān)題：

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①反應(yīng)速率V=

△c

△t

計(jì)算得到；自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)△H-T△S＜0分析判斷；
②依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
③依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）①左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，VO₂⁺轉(zhuǎn)變?yōu)閂O²⁺，發(fā)生還原反應(yīng)，應(yīng)為原電池的正極，
②充電過(guò)程中，右槽連接電源的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為V³⁺+e^-=V²⁺，
③若用甲醇燃料電池作為電源對(duì)其充電時(shí)，若消耗甲醇4.8g時(shí)，物質(zhì)的量=

4.8g

32g/mol

=0.15mol，電極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，電子轉(zhuǎn)移0.15mol×6=0.9mol，結(jié)合法拉第常數(shù)計(jì)算得到．

解答： 解：（1）：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）?2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）?2CO₂（g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1
由蓋斯定律計(jì)算，（①-②-③×4）

1

2

得到甲醇不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（2）在一定溫度下，向2L密閉容器中充入1molCO和2molH₂，發(fā)生上述反應(yīng)，5分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.5        1          0  
變化量（mol/L）  0.4       0.8         0.4
平衡量（mol/L） 0.1        0.2        0.4
①前5分鐘內(nèi)甲醇的平均反應(yīng)速率=

0.4mol/L

5min

=0.08mol/L?min；已知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，△H-T△S＜0，反應(yīng)△S＜0，則△H＜0；
故答案為：0.08mol/（L?min）；＜；
②K=

0.4

0.1×0．22

=100，故答案為：100；
③某時(shí)刻向該平衡體系中加入CO、H₂、CH₃OH各0.2mol后，濃度商Q=

0.2

0.2×0．22

=25＜100，反應(yīng)正向進(jìn)行，V_正＞V_逆，故答案為：＞；
（3）①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，其電極反應(yīng)式為VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O，說(shuō)明此時(shí)為原電池，且為原電池的正極，故答案為：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O；
②充電過(guò)程中，右槽連接的是電源負(fù)極，為電解池的陰極，電極反應(yīng)式為V³⁺+e^-=V²⁺，V³⁺為綠色，V²⁺為紫色，故可以看到右槽溶液顏色逐漸由綠色變?yōu)樽仙��?br />故答案為：由綠色變?yōu)樽仙��?br />③若用甲醇燃料電池作為電源對(duì)其充電時(shí)，若消耗甲醇4.8g時(shí)，物質(zhì)的量=

4.8g

32g/mol

=0.15mol，電極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，電子轉(zhuǎn)移0.15mol×6=0.9mol，電路中轉(zhuǎn)移的電量的=9.65×l0⁴C?mol^-1 ×0.9mol=8.685×10⁴C，
故答案為：8.685×10⁴C．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法，化學(xué)平衡影響因素分析，平衡計(jì)算理解應(yīng)用，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率概念的計(jì)算分析，電解池中，與電源正極相連為陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，與電源負(fù)極相連的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，得到電子，并且根據(jù)得失電子守恒計(jì)算，題目難度中等．