Question

甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，工業(yè)上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O
鍵能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

請(qǐng)回答下列問題：
（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，該反應(yīng)的△H=

 

；
（2）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在250°C開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率=

 

，該溫度下平衡常數(shù)K=

 

，若升高溫度則K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是

 

；
A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變
B、2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C、容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變
D、單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO的同時(shí)生成2nmolH₂
（4）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動(dòng)汽車的車載電池，其工作原理示意圖如右，該燃料電池的電池反應(yīng)式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），則負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和計(jì)算，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式；
（2）通過（1）寫出的熱化學(xué)方程式可知反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，當(dāng)減小到20min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，依據(jù)反應(yīng)速率概念V=

△c

△t

計(jì)算速率，平衡常數(shù)是利用平衡狀態(tài)下生成物濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物濃度的冪次方乘積得到；對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會(huì)減�。�
（3）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；
（4）根據(jù)氫離子的移動(dòng)方向知，右邊電極是正極，左邊電極是負(fù)極，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式．

解答： 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），反應(yīng)的焓變可以根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能和生成物的總鍵能計(jì)算得到，焓變=反應(yīng)物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據(jù)圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能計(jì)算得到，）△H₁═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1，熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-116 kJ?mol^-1，
故答案為：-116 kJ?mol^-1；
（2）從反應(yīng)開始到20min時(shí)，設(shè)CO的濃度變化量是x，
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度：0.5     1            0
變化濃度：x      2x            x
平衡濃度：0.5-x  1-2x         x
根據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則

3

3-4x

=

12.6

8.4

，解得x=0.25mol/L，
從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率v=

△c

△t

=

0.25mol/L

20min

=0.0125mol/（L?min），
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4（mol/L）^-2，
對(duì)于該放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會(huì)減小；
故答案為：0.0125mol/（L?min）；4（mol/L）^-2；減�。�
（3）反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析判斷
A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量等于總質(zhì)量除以總物質(zhì)的量，質(zhì)量是守恒的保持不變，但是n變化，當(dāng)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變了，證明達(dá)到平衡，故A正確；
B、v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C、反應(yīng)是前后氣體體積變化的反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變，證明達(dá)到了平衡，故C正確；
D、單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO的同時(shí)生成2nmolH₂，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故D錯(cuò)誤．
故選AC；
（4）可燃物甲醇在負(fù)極失去電子生成二氧化碳，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極為氧氣得電子生成氫氧根離子，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及化學(xué)反應(yīng)的焓變和化學(xué)鍵鍵能之間的關(guān)系、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡、等效平衡以及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、燃料電池等知識(shí)，綜合性強(qiáng)，明確燃料電池中正負(fù)極上得失電子是解答（4）的關(guān)鍵，題目難度大．