Question

甲醇來源豐富、價格低廉、運輸貯存方便，有著重要的用途和應用前景．
（1）甲醇是一種新型的汽車動力燃料．工業(yè)上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-116kJ?mol-1．
該反應的原料CO和H2本身都可作為燃料提供動力，已知這兩種物質燃燒的熱化學方程式為：
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ?mol^-1
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ?mol^-1
寫出CH₃OH （g）燃燒生成CO₂（g）和H₂O（g）的熱化學方程式為：

 

．
（2）T℃時，向VL的密閉容器中投入10mol CO與20mol H₂，在催化劑作用下反應生成甲醇：
CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①平衡時，CO 的轉化率為50%．該溫度下反應的平衡常數(shù)K=

 

．
②如果上述反應的平衡常數(shù)K變大，則該反應

 

．
a．一定向正反應方向移動
b．在平衡移動時正反應速率先增大后減小
c．一定向逆反應方向移動
d．在平衡移動時逆反應速率先減小后增大
（3）工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法有兩種：
①甲醇蒸汽重整法．該法中的一個主要反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應能自發(fā)進行的原因是

 

．
②甲醇部分氧化法．在一定溫度下以Ag/CeO₂-ZnO為催化劑時原料氣比例對反應的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質越多）影響關系如圖所示．在制備H₂時最好控制

n(O2)

n(CH3OH)

=

 

．
（4）以甲醇-空氣燃料電池為直流電源，以一定濃度的乙醛-Na₂SO₄溶液為電解質溶液，用陽離子交換膜電解法模擬高濃度乙醛廢水的處理過程，其總反應為：2CH₃CHO+H₂O

電解  .

CH₃CH₂OH+CH₃COOH，電解時，陰極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：熱化學方程式,反應熱和焓變,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）據(jù)已知熱化學方程式，利用蓋斯定律計算反應熱；
（2）①K=

生成物濃度系數(shù)冪次方

反應物濃度系數(shù)冪次方

，利用三段式法計算化學平衡常數(shù)；
②平衡常數(shù)只受溫度影響；
（3）①反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應能自發(fā)進行的原因是△H-T△S＜0，反應是熵增加的反應；
②依據(jù)圖象分析制備氫氣時最好是n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5；
（4）陽極發(fā)生氧化反應，生成乙酸，陰極發(fā)生還原反應，生成乙醇．

解答： （1）①根據(jù)反應①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1，
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律：①-②-③×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1，
故答案是：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1；
（2）①CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
起始量（mol） 10       20        0
轉化量（mol） 5        10        5
平衡量（mol） 5        10        5
K=

生成物濃度系數(shù)冪次方

反應物濃度系數(shù)冪次方

=

5 V

5 V ×( 10 V )2

=

V2

100

，故答案為：

V2

100

；
②反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ?mol^-1是放熱反應，若使K增大，只能是降低溫度使平衡正向移動，降溫正逆反應速率都減小，但正反應速率始終減小，逆反應速率先減小后增大，最后正逆反應速率相等，達到新的平衡，故選ad；
（3）①反應為CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反應能自發(fā)進行的原因是△H-T△S＜0，反應是熵增加的反應，故答案為：反應是熵增加的反應；
②依據(jù)圖象分析，在制備H₂時最好控制

n(O2)

n(CH3OH)

=0.5時氫氣生成最多，故答案為：0.5；
（4）陽極發(fā)生氧化反應，生成乙酸，電極反應為CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺，陰極發(fā)生還原反應，生成乙醇，電極反應為CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
，故答案為：CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-．

點評：本題考查了蓋斯定律、化學平衡常數(shù)的求算、影響平衡常數(shù)的因素、反應自發(fā)進行的條件、電極反應式書寫，題目較為綜合，難度中等，注意把握（4）題的做題思路和角度．