Question

以甲醇為替代燃料是解決我國(guó)石油資源短缺的重要措施．
（1）CO、CO₂可用于甲醇的合成，其相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-102.5kJ?mol^-1
CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.9kJ?mol^-1
則反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=

 

kJ?mol^-1
反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為

 

．
（2）用CO₂合成甲醇時(shí)可選用亞鉻酸鋅（ZnCr₂O₄）或CuCl為催化劑．
①工業(yè)制備亞鉻酸鋅是用CO還原ZnCrO₄?H₂O，同時(shí)生成ZnO．該反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．以亞鉻酸鋅為催化劑時(shí)，工業(yè)上的適宜溫度是：350℃～420℃，可能的原因是

 

．
②CuCl是不溶于水的白色固體，制備時(shí)向CuCl₂溶液中加入過量銅粉，發(fā)生反應(yīng)CuCl₂+Cu═2CuCl．在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)先加入濃鹽酸，發(fā)生反應(yīng)CuCl+HCl?H[CuCl₂]．反應(yīng)結(jié)束后將溶液倒入蒸餾水中有CuCl生成．實(shí)驗(yàn)過程中加入濃鹽酸的目的是

 

．當(dāng)c（Cl^-）=2×10^-3 mol?L^-1時(shí)，c（Cu^+-）=

 

 mol?L^-1．已知：Ksp（CuCl）=1.7×10^-7
（3）直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)如圖所示，則負(fù)極反應(yīng)是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì)

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律及題中熱化學(xué)方程式計(jì)算出反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H；根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)式寫出反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K的表達(dá)式；
（2）①根據(jù)題干信息“制備亞鉻酸鋅是用CO還原ZnCrO₄?H₂O，同時(shí)生成ZnO”確定反應(yīng)物、生成物，然后寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；催化劑在一定溫度下才能具有較強(qiáng)的催化活性；
②根據(jù)濃鹽酸發(fā)生的反應(yīng)結(jié)合平衡移動(dòng)原理來解釋，根據(jù)CuCl的Ksp=c（Cu⁺）?c（Cl^-）計(jì)算出c（Cu⁺）；
（3）燃料電池中，負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在反應(yīng)中被氧化，所以負(fù)極反應(yīng)為甲醇失去電子生成二氧化碳的反應(yīng)．

解答： 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-102.5kJ?mol^-1
②CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）△H=-42.9kJ?mol^-1
根據(jù)蓋斯定律①-②可得：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-102.5kJ?mol^-1-（-42.9kJ?mol^-1）=-59.6kJ?mol^-1；
反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為：K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

，
故答案為：-59.6；K=

c(CO2)?c(H2)

c(CO)?c(H2O)

；
（2）①制備亞鉻酸鋅（ZnCr₂O₄）是用CO還原ZnCrO₄?H₂O，同時(shí)生成ZnO，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2ZnCrO₄?H₂O+3CO=ZnO+ZnCr₂O₄+3CO₂+2H₂O；
催化劑在一定溫度下才能具有較強(qiáng)的催化活性，以亞鉻酸鋅為催化劑時(shí)，工業(yè)上的適宜溫度是：350℃～420℃，說明此時(shí)催化劑亞鉻酸鋅的活性最大，
故答案為：2ZnCrO₄?H₂O+3CO=ZnO+ZnCr₂O₄+3CO₂+2H₂O；此時(shí)催化劑亞鉻酸鋅的活性最大（或溫度升高，反應(yīng)速率增大）；
②制備CuCl時(shí)，向CuCl₂溶液中加入過量銅粉，發(fā)生反應(yīng)CuCl₂+Cu═2CuCl，在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)先加入濃鹽酸，發(fā)生反應(yīng)CuCl+HCl?H[CuCl₂]，由此可見加入濃鹽酸可以促使平衡正向移動(dòng)，這樣可以防止CuCl固體覆蓋在Cu表面，影響反應(yīng)的進(jìn)行；
當(dāng)c（Cl^-）=2×10^-3 mol?L^-1時(shí)，CuCl的K_sp=c（Cu⁺）?c（Cl^-），則c（Cu⁺）=

Ksp

c(Cl-)

=

1.7×10-7

2×10-3

=8.5×10^-5mol/L，
故答案為：促使平衡正向移動(dòng)，防止CuCl固體覆蓋在Cu表面，影響反應(yīng)的進(jìn)行；8.5×10^-5；
（3）燃料電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在反應(yīng)中被氧化成二氧化碳，所以負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式、化學(xué)新型燃料電池及工作原理、化學(xué)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)式、難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡，題目難度中等，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，注意掌握原電池工作原理、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算方法，能夠根據(jù)蓋斯定律書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式．