Question

甲醇被稱為21世紀的新型燃料，甲烷可制成合成氣（CO、H₂），再制成甲醇，
代替日益供應緊張的燃油．
（1）已知：①CH₄（g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂（g）△H₁=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+

1

2

O₂（g）=CO（g）+2H₂（g）△H₂=-35.4kJ?mol^-1
③CH₄（g）+2H₂O （g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H₃=+165.0kJ?mol^-1
CH₄（g）與CO₂（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式為

 

．
（2）合成氣中的H₂可用于生產NH₃，在進入合成塔前常用Cu（NH₃）₂Ac溶液來吸收其中的CO，防止合成塔中的催化劑中毒，其反應是：
Cu（NH₃）₂Ac+CO+NH₃[Cu（NH₃）₃]Ac?CO△H＜0，Cu（NH₃）₂Ac溶液吸收CO的適宜生產條件應是

 

，該反應的△S

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）
（3）工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0
①對于反應A，某溫度下，將4mol CO₂和12mol H₂，充入2L的密閉容器中，充分反應達到平衡后，測得c（CO₂）=0.5mol?L^-1，則該溫度下該反應的平衡常數

 

②對于反應B，若容器容積不變，下列措施可提高CO的轉化率是

 

A．降低溫度                              B．增加CO的量
C．充入He，使體系總壓強增大             D．再充入1mol CO和2mol H₂
（4）某種甲醇-空氣燃料電池是采用鉑作為電極，氫氧化鉀作電解質溶液．其工作時負極的電極反應式可表示為

 

（5）用上述堿性甲醇-空氣燃料電池電解硫酸鈉溶液（均為鉑電極），標準狀況下陽極得到VL的氣體，計算消耗甲醇的質量為

 

g．

Answer 1

分析：（1）根據蓋斯定律結合熱化學方程式的意義來回答即可；
（2）已知正反應是氣體物質體積減小的放熱反應，據此分析；
（3）①根據化學平衡三行式計算化學平衡常數；
②根據化學平衡移動原理，提高CO的轉化率，即讓化學平衡正向移動即可；
（4）燃料電池中，負極上發生失電子的氧化反應；
（5）根據電子守恒結合兩極上的電極反應進行計算即可．

解答：解：（1）根據蓋斯定律可知，①×2-③可得CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g），所以其△H=[（+206.2）×2-（+165.0）]kJ?mol^-1=+247.4 kJ?mol^-1，所以CH₄（g）與CO₂（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式為CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H₃=+247.4 kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H₃=+247.4 kJ?mol^-1；
（2）已知正反應是氣態物質體積減小的放熱反應，因此熵變是小于零的，且采用降低溫度、增大壓強能使平衡右移，提高CO的轉化率，故答案為：低溫、高壓；
低溫、高壓，＜；
（3）①將4mol CO₂和12mol H₂，充入2L的密閉容器中，充分反應達到平衡后，測得c（CO₂）=0.5mol?L^-1，則該溫度下該反應的平衡常數
         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初始濃度：2        6          0        0
變化濃度：1.5     4.5        1.5      1.5
平衡濃度：0.5     1.5        1.5      1.5
化學平衡常數K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

1.5×1.5

0.5×1．53

=

1

3

（或者0.33）
 ②對于反應B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0，若容器容積不變，使化學平衡正向移動的措施可提高CO的轉化率．
A．降低溫度能使化學平衡正向移動，可提高CO的轉化率，故a正確；
B．增加CO的量，使得CO的轉化率減小，故b錯誤；
C．充入He，使體系總壓強增大，但是各組分濃度不變，平衡不移動，故c錯誤；
D．再充入1mol CO和2molH₂，即相當于在增大壓強，所以化學平衡正向移動，可提高CO的轉化率，故d正確；
故選：a、d；
（4）甲醇-空氣燃料電池中，負極上是燃料發生失電子的氧化反應，在堿性環境下，電極反應為：CH₃OH-6e+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，故答案為：CH₃OH-6e+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）堿性甲醇-空氣燃料電池電解硫酸鈉溶液（均為鉑電極），標準狀況下陽極得到的VL氣體是氧氣，根據電極反應式，設消耗甲醇的量是n，得出：
  2CH₃OH～12e^-～3O₂，
   2            3
   n           

V

22.4

2

n

=

3

V 22.4

，解得n=

V

33.6

mol，所以消耗甲醇的質量：m=

V

33.6

mol×32g/mol=0.95V，故答案為：0.95V．

點評：本題考查了運用蓋斯定律計算焓變、熱化學方程式的書寫、評價物質合成方案、影響化學平衡的因素、燃料電池等重要考點，涉及的知識點較多，綜合性較強，難度較大．