Question

如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了全世界的普遍重視，所以“低碳經濟”正成為科學家研究的主要課題．
（1）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中．進行反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）得到如下兩組數據：

實驗編號	溫度/℃	起始量/mol		平衡梁/mol		達到平衡所需時間/nin
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實驗1從開始到達到化學平衡時，以v（CO₂）表示的反應速率為

 

．（精確到0.01，下同）
②該反應為

 

（填“吸”或“放”）熱反應，實驗2條件下平衡常數K=

 

．
（2）以二甲醚（CH₃OCH₃）、空氣、氫氧化鉀為原料，鉑為電極可構成燃料電池，其工作原理  與甲烷燃料電池的原理相似．請寫出該電池負極上的電極反應式：

 

．
（3）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱分別為-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol ^-1和-726.5kJ?mol^-1．請寫出甲醇（CH₃OH）不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理

專題：

分析：（1）①已知平衡時c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，根據公式求出v（CO₂）
②第二組溫度比第一組高，反應物物質的量比第一組減半，但是平衡時H₂的物質的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應；依據圖表數據列式計算平衡濃度，結合化學平衡常數概念計算；
（2）負極上是燃料甲醚發(fā)生失電子的氧化反應生成CO₃^2-和H₂O；
（3）根據CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式．

解答： 解：（1）①已知平衡時c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，v（CO₂）=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L?min），故答案為：0.13mol/（L?min）；
②實驗1中CO的轉化率為

1.6mol

4mol

×100%=40%，實驗2中CO的轉化率為

0.4mol

2mol

×100%=20%，則實驗1的轉化率大于實驗2，則說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，正反應放熱，實驗2條件下，
         H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度 0.5mol/L 1mol/L   0       0
轉化濃度 0.2mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l 0.2mol/l
平衡濃度 0.3mol/L 0.8mol/L 0.2mol/l 0.2mol/l
K=

[CO2]?[H2]

[H2O]?[CO]

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
故答案為：放；0.17；
（3）負極上是燃料甲醚發(fā)生失電子的氧化反應，在堿性環(huán)境下，即為：CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O，故答案為：CH₃OCH₃+160H^--12e^-═2CO₃^2-+11H₂O；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），該反應的反應熱△H=-726.5kJ?mol^-1-（-283.0kJ?mol^-1）=-443.5kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1．

點評：本題考查了平衡常數計算應用，蓋斯定律的計算應用，原電池電極反應的書寫方法，題目難度中等．