Question

(15分）甲醇可作為燃料電池的原料。工業(yè)上利用CO2和H2在一定條件下反應(yīng)合成甲醇。

（1）已知在常溫常壓下：

① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH＝－1275.6 kJ／mol

② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ／mol

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ／mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式： 。

（2）甲醇脫氫可制取甲醛CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)，甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度變化曲線如下圖所示�；卮鹣铝袉栴}：

①600K時，Y點甲醇的υ(逆) (正)（填“>”或“<”）

②從Y點到X點可采取的措施是______________________________________。

③有同學(xué)計算得到在t­1K時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為8.1mol·L－1。你認(rèn)為正確嗎？請說明理由 。

（3）納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注。在相同的密閉容器中，使用不同方法制得的Cu2O（Ⅰ）和（Ⅱ）分別進(jìn)行催化CH3OH的脫氫實驗：CH3OH(g)HCHO(g)+H2(g)。CH3OH的濃度（mol·L－1）隨時間t (min)變化如下表：

序號	溫度	0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

可以判斷：實驗①的前20 min的平均反應(yīng)速率 ν(H2)＝ ；

實驗溫度T1 T2（填“>”、“<”）；催化劑的催化效率：實驗① 實驗②（填“>”、“<”）。

（4）電解法可消除甲醇對水質(zhì)造成的污染，原理是：通電將Co2+氧化成Co3+，然后Co3+將甲醇氧化成CO2和H+（用石墨烯吸附除去Co2+）�，F(xiàn)用如下圖所示裝置模擬上述過程，

則Co2+在陽極的電極反應(yīng)式為 ；除去甲醇的離子方程為 。

Answer 1

（1）CH3OH(l)+ O2(g)＝CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝—442.8 kJ∕mol（2分）（2）① >（2分）

②降低溫度和增大壓強(qiáng)（2分） ③不正確（1分）。因為當(dāng)CH3OH的起始濃度不同時，其轉(zhuǎn)化率就不等于90%。（1分） （3）7.0×10-5 mol·L-1 min-1（2分） <（1分） <（1分）

（4）Co2+－e-＝Co3+ (1分） 6Co3++CH3OH+H2O==6Co2++CO2↑+6H+（2分）

【解析】

試題分析：（1）已知：① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH＝－1275.6 kJ／mol， ② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ／mol，③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ／mol，則根據(jù)蓋斯定律可知（①-②+③×4）÷2即可得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH3OH(l)+ O2(g)＝CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝—442.8 kJ∕mol。

（2）①600K時，Y點位于曲線的上方，要達(dá)到平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)化率降低，這說明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，所以甲醇的υ(逆)＞(正)。

②根據(jù)圖像可知升高溫度轉(zhuǎn)化率增大，這說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，即正方應(yīng)是吸熱反應(yīng)。又因為正方應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，則從Y點到X點可采取的措施是降低溫度和增大壓強(qiáng)。

③由于當(dāng)CH3OH的起始濃度不同時，其轉(zhuǎn)化率就不等于90%，所以得出的平衡常數(shù)值是不正確的。

（3）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知實驗①的前20 min內(nèi)消耗甲醇的濃度是0.050mol/L—0.0486mol/L＝0.0014mol/L，則根據(jù)方程式可知生成氫氣濃度也是0.0014mol/L，所以平均反應(yīng)速率 ν(H2)＝0.0014mol/L÷20min＝7.0×10-5 mol·L-1 min-1。根據(jù)實驗②③值數(shù)據(jù)可知平衡甲醇的濃度分別是0.048mol/L、0.090mol/L，則消耗甲醇的濃度分別是0.002mol/L、0.01mol/L，則生成為的濃度分別均是0.002mol/L、0.01mol/L，所以平衡常數(shù)分別是、，這說明溫度為T2時平衡常數(shù)大。由于正方應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡常數(shù)增大，所以T1＜T2。實驗①、②值起始濃度相等，但到達(dá)平衡的時間實驗②小于實驗①，則催化劑的催化效率：實驗①＜實驗②。

（4）電解池中陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，則Co2+在陽極的電極反應(yīng)式為Co2+－e-＝Co3+。Co3+將甲醇氧化成CO2和H+，而自身被還原為Co2+，所以反應(yīng)的離子方程式為6Co3+＋CH3OH＋H2O＝6Co2+＋CO2↑＋6H+。

考點：考查蓋斯定律應(yīng)用、外界條件對平衡狀態(tài)影響、反應(yīng)速率計算以及電化學(xué)原理應(yīng)用等