Question

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．
（1）工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①反應Ⅱ的平衡常數表達式是

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

．
②下表所列數據是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數據判斷△H₁

＜

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為

80%

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）
△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1

．
（3）甲醇、乙醇在發展燃料電池上有廣泛的應用．美國科學家研制了一種新型的乙醇電池，它用磺酸類質子溶劑，在200℃左右時供電．電池總反應為：C₂H₅OH+3O₂═2CO₂+3H₂O，電池示意圖如右．試寫出a極的電極反應式：

C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺

．

Answer 1

分析：（1）①化學平衡常數指一定溫度下，可逆反應到達平衡狀態各生成濃度的系數次冪的乘積與各反應物濃度的系數次冪的乘積的比值，據此書寫；
②由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應；
③根據CO的平衡濃度計算平衡時CO的物質的量，進而計算參加反應的CO的物質的量，再根據轉化率定義計算；
（2）根據蓋斯定律進行書寫；
（3）乙醇發生氧化反應，生成二氧化碳，由質子交換膜可知，還有氫離子生成．

解答：解：（1））①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數表達式k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
②由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應，即△H₁＜0，
故答案為：＜；
③達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則參加反應的CO的物質的量=2mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，故CO轉化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%，
故答案為：80%；
（2）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂ （g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
根據蓋斯定律，①-②+③×4得2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4 H₂O（l），該反應的反應熱△H=-1275.6kJ?mol^-1-（-566.0kJ?mol^-1）+4×（-44.0kJ/mol）=-887kJ?mol^-1
故該反應熱化學方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-442.8kJ?mol^-1；
（3）燃料電池中，投放燃料的電極是負極，投放氧化劑的電極是正極，負極上燃料失去電子發生氧化反應，所以電極反應式為C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺，
故答案為：C₂H₅OH+3H₂O-12e^-=2CO₂+12H⁺．

點評：本題考查化學平衡常數、化學平衡計算、熱化學方程式書寫、原電池等，難度中等，（3）中注意根據原電池結合判斷由氫離子產生．