Question

（15分）甲醇是一種可再生能源，又是一種重要的化工原料，具有開發(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：① 2CH3OH(l) + 3O2(g) 2CO2(g) + 4H2O(g) △H=－1275.6 kJmol-1

② 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g) △H=－566.0 kJmol-1

③ H2O(l) = H2O(g) △H = + 44.0 kJmol-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CO的轉(zhuǎn)化率為80%。請回答下列問題：

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）全釩液流儲能電池是利用不同價態(tài)離子對的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化的裝置，其原理如下圖所示。

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其充電時，若消耗甲醇4.8g時，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

（1）CH3OH(l) + O2(g)＝CO(g) + 2H2O(l) △H＝－442.8kJmol-1 （2分）

（2）①0.08mol/(Lmin) （2分） ＜（2分） ②100（2分） ③ ＞（2分）

（3）①VO2＋—e—＋2H＋＝VO2＋＋H2O （2分）

②由綠色變?yōu)樽仙��?分） ③8.685×104C（2分）

【解析】

試題分析：（1）已知：① 2CH3OH(l) + 3O2(g)2CO2(g) + 4H2O(g) △H＝－1275.6 kJmol-1，② 2CO(g) + O2(g)2CO2(g) △H＝－566.0 kJmol-1，③H2O(l)＝H2O(g) △H = + 44.0 kJmol-1，則根據(jù)蓋斯定律可知（①—②—③×4）÷2即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CH3OH(l) + O2(g)＝CO(g) + 2H2O(l) △H＝－442.8kJmol-1。

（2）①5分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，此時CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則消耗CO是0.8mol，根據(jù)方程式CO(g) +2H2(g)CH3OH(g)可知生成甲醇是0.8mol，濃度是0.4mol/L，因此前5分鐘內(nèi)甲醇的平均反應(yīng)速率為0.4mol/L÷5min＝0.08mol/(Lmin)；已知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，由于正方應(yīng)是體積減小的，即△S＜0，則根據(jù)△G＝△H—T·△S可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0。

②消耗CO是0.8mol，則平衡時氫氣和CO的物質(zhì)的量分別是0.4mol和0.2mol，濃度分別是0.2mol/L和0.1mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝。

③某時刻向該平衡體系中加入CO、H2、CH3OH各0.2mol后，瞬間CO、氫氣和甲醇的濃度分別變?yōu)?.2mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L，則此時濃度商＝＜100，因此平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，所以將使ν正＞ν逆。

（3）①當(dāng)左槽溶液逐漸由黃變藍(lán)，說明VO2＋轉(zhuǎn)化為VO2＋，即V元素的化合價從+3價升高到+4價，則其電極反應(yīng)式為VO2＋—e—＋2H＋＝VO2＋＋H2O。

②充電過程中，右槽中電極與電源負(fù)極相連，作陰極V3＋得到電子轉(zhuǎn)化為V2＋，因此溶液顏色變化是由綠色變?yōu)樽仙��?/p>

③4.8g甲醇的物質(zhì)的量是4.8g÷32g/mol＝0.15mol，在反應(yīng)中失去0.15mol×6＝0.9mol電子，所以電路中轉(zhuǎn)移的電量的為9.65×l04C·mol-1×0.9mol＝8.685×104C。

考點(diǎn)：考查蓋斯定律的應(yīng)用、平衡狀態(tài)計(jì)算、反應(yīng)自發(fā)性以及電化學(xué)原理的應(yīng)用