Question

甲醇是一種常用的燃料，工業上可以用CO和H₂在一定條件下合成甲醇。
（1）已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（1）的燃燒熱△H分別為：-283.0kJ／mol、-285.8 kJ/mol、-726.5kJ/mol，則CO合成甲醇的熱化學方程式為：                     。
（2）在恒容密閉容器中CO與H₂發生反應生成甲醇，各物質濃度在不同條件下的變化狀況如圖所示（開始時氫氣的濃度曲線和8分鐘后甲醇的濃度曲線未畫出。4分鐘和8分鐘改變的條件不同）：   

①下列說法正確的是       

A．起始時n（H2）為1．7mol

B．當容器內壓強恒定時，說明反應達到平衡狀態

C．4分鐘時，改變的條件是升高溫度

D．7分鐘時，v（CO）=v（CH­3OH）

②計算0~2min內平均反應速率v（H₂）=        
③在3min時該反應的平衡常數K=      （計算結果）
④在圖中畫出8~12min之間c（CH₃OH）曲線   
（2）2009年，中國在甲醇燃料電池技術上獲得突破，組裝了自呼吸電池及主動式電堆，其裝置原理如圖甲。

①該電池的負極反應式為：                    。
②乙池是一鋁制品表面“鈍化”裝置，兩極分別為鋁制品和石墨。
M電極的材料是               ，該鋁制品表面“鈍化”時的反應式為：                       。

Answer 1

化學反應式或方程式未配平的均扣1分
（1）CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(l) △H＝－128.1kJ/mol （2分，方程式1分，反應熱2分，狀態錯誤扣1分，計量數錯誤不得分。）
（2） ① BD （2分，少選扣1分，有錯選不得分）
② 0.4mol/(L·min) 或6.67×10^－3 mol·L^－1·s^－1（2分，無單位不得分）  
③ 0.99 （2分，數值在1.0～0.98之間均得分，寫成“”或“” 得1分，單位不做要求。）
④
（3）① CH₃OH－6e^－＋H₂O＝CO₂↑＋6 H^＋ （2分，無“↑”或計量數不是最簡不扣分；其他書寫不得分。）
② 鋁制品（1分，寫“Al”或“鋁”均可，其他書寫不得分）   
2Al－6e^－＋6HCO₃^－＝Al₂O₃＋6CO₂↑＋3H₂O（3分，或“Al－3e^－＝Al^3＋，Al^3＋＋3HCO₃^－＝Al(OH)₃↓＋3CO₂↑，2Al(OH)₃＝Al₂O₃＋3H₂O”各1分，無“↑”或計量數不是最簡不扣分；其他書寫不得分。）

解析試題分析：（1）先寫出三種物質的燃燒熱的熱化學方程式。
① CO（g）  △H₁＝－283.0kJ／mol
②  H₂（g）+     △H₂＝－285.8 kJ/mol
③  CH₃OH（1）+    △H₃＝－726.5kJ/mol
再寫出目標方程式：CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(l)   △H₄
根據蓋斯定律， ①+②×2-③即得到目標方程式。 △H₄= △H₁+△H₂×2-△H₃=－128.1kJ/mol
根據圖像：            CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(l)
起始：（mol/L）         0.9      x         0
0-2min（mol/L）      —0.4   —0.8       0.4
2-4min（mol/L）（平衡）  0.5      0.9       0.4
4-6min（mol/L）      —0.2   —0.4       0.2
6-8min（mol/L）（平衡）  0.3      0.5       0.6
8-10min（mol/L）     —0.1    —0.2      0.1  
10-12min（mol/L）（平衡）0.2      0.3       y
①A項，起始時濃度x=C（H₂）為1．7mol/L，容器體積未知，所以物質的量也未知，A項錯誤。
B項，該容器是一個恒容的容器，反應是一個非等體積反應，因此當氣體的總物質的量不再改變，即壓強不再改變，反應即達到平衡狀態，正確。
C項，4min時，平衡向右移，并且各物質的濃度是逐漸變化，所以應該是降溫的條件下，C項錯誤。
D項，7min時，反應再次達到平衡，此時v（CO）=v（CH₃OH），D項正確。
②0~2min內平均反應速率v（H₂）=="0.4" mol·L^-1·min^-1
③在3min時該反應的平衡常數
④在第8min時，CO的濃度減少0.1mol·L^-1，H₂的濃度減少0.2mol·L^-1，可知平衡在向右移動，CO和H₂的濃度都是逐漸變小，而此時的條件和上次平衡移動的條件不相同，所以只能是減少甲醇的濃度，才能使平衡向右移動，即在平衡移動的瞬間，甲醇的濃度是很少的，應該要低于0.05mol·L^-1，然后再增加0.1mol·L^-1，在第10min平衡，并且濃度y不超過0.15mol·L^-1。
（3）該裝置中甲是一個燃料電池裝置，給右邊的裝置乙提供電能，乙裝置是一個電解池裝置。
①甲中質子移向右邊，從而推知甲裝置左是負極，右是正極，則乙裝置中M是陽極，N是陰極。甲中電池的負極反應式為：CH₃OH－6e^－＋H₂O＝CO₂↑＋6 H^＋ 要注意電解質溶液質子在進行傳遞。
②乙池是一鋁制品表面“鈍化”裝置，兩極分別為鋁制品和石墨。則陽極M材料是鋁制品，陰極N材料是石墨。在鋁表面鈍化，即把鋁變成Al₂O₃，同時考慮溶液中溶質為NaHCO₃，則電極反應為：2Al－6e^－＋6HCO₃^－=Al₂O₃＋6CO₂↑＋3H₂O
考點： 考查熱化學方程式的書寫、化學平衡原理及其圖像問題、電化學綜合。