Question

甲醇合成反應(yīng)及其能量變化如圖所示：
（1）寫出合成甲醇的熱化學(xué)方程式

 

．實驗室在1L的密閉容器中進(jìn)行模擬合成實驗．將1mol CO和2mol H₂通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應(yīng)，每隔一段時間測得容器內(nèi)CH₃OH的濃度如下表所示：

時間濃度（mol/L）溫度	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

（2）在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，CO的平均反應(yīng)速率為v（CO）=

 

．
（3）在500℃達(dá)到平衡時，平衡常數(shù)K=

 

．
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.6mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達(dá)到平衡，測得容器中壓強(qiáng)為起始壓強(qiáng)的一半．計算該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（5）美國科學(xué)家成功開發(fā)便攜式固體氧化物燃料電池，該燃料電池中一極通入空氣，另一極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是固態(tài)氧化物，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O^2-．在電路中每流過30mol電子，有

 

mol甲醇被完全氧化；在燃料電池中通甲醇的電極發(fā)生的電極反應(yīng)為

 

．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的計算

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)圖象分析，反應(yīng)物的能量高于生成物，反應(yīng)是放熱，反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的熱量計算得到，依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法寫出；
（2）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率的概念計算，化學(xué)反應(yīng)速率等于單位時間內(nèi)物質(zhì)濃度的變化計算得到，計算甲醇的反應(yīng)速率，依據(jù)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比；
（3）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)依據(jù)平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算；
（5）該燃料電池中，燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以通入燃料的電極為負(fù)極，通入氧化劑的電極為正極，根據(jù)總反應(yīng)，即分析得答案．

解答： 解：（1）圖象分析，反應(yīng)物的能量高于生成物，反應(yīng)是放熱，反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-生成物形成化學(xué)鍵放出的熱量計算得到，反應(yīng)的焓變△H=（a-b）KJ/mol，a＜b，所以△H=-（b-a）KJ/mol，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-（b-a）KJ/mol；
（2）在300℃反應(yīng)開始10min內(nèi)，甲醇的反應(yīng)速率=

0.4mol/L

10min

=0.04mol/L?min，CO的平均反應(yīng)速率為v（CO）=V（CH₃OH）=0.04mol/L?min；
故答案為：0.04mol/L?min；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，500°C反應(yīng)進(jìn)行到40min反應(yīng)達(dá)到平衡；
                   CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L）     1       2         0
變化量（mol/L）    0.8     1.6       0.8
平衡量（mol/L）    0.2      0.4      0.8
平衡常數(shù)K=

C(CH3OH)

C(CO)?C2(H2)

=

0.8mol/L

0.2mol/L?(0.4mol/L)2

=25（L/mol）²；
故答案為：25；
（4）在另一體積不變的密閉容器中，充入1.6mol CO和2.0mol H₂，一定條件下達(dá)到平衡，測得容器中壓強(qiáng)為起始壓強(qiáng)的一半，依據(jù)化學(xué)三段式計算，設(shè)反應(yīng)的氫氣物質(zhì)的量為x，則得到：
               CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）
起始量（mol/L） 1.6       2.0       0
變化量（mol/L） 0.5x       x        0.5x
平衡量（mol/L）1.6-0.5x  2.0-x      0.5x
壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，

(1.6-0.5x)+(2.0-x)+0.5x

1.6+2

=

1

2

；
解得：x=1.8mol；
該條件下H₂的轉(zhuǎn)化率為=

1.8

2.0

×100%=90%；
故答案為：90%；
（5）甲醇燃料電池是根據(jù)甲醇的燃燒反應(yīng)來設(shè)計的，故反應(yīng)式2CH₃OH+3O₂→2CO₂+4H₂O，由于電解質(zhì)是固態(tài)氧化物，在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O^2-，故放電時，氧氣在正極被還原，電極反應(yīng)式為：O₂-4e^-═2O^2-，CH₃OH在正極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂+2H₂O．
通過正極反應(yīng)可以看出，CH₃OH～6e^-，故當(dāng)電路中每流過30mol電子，有 5mol甲醇被完全氧化．
故答案為：5；  CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂+2H₂O．

點評：考查熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡的計算和燃料電池電極反應(yīng)的書寫等，是對所學(xué)知識的直接運用，難度中等，旨在考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握．