Question

甲醇是有机化工原料合优质燃料，主要应用于精细化工、塑料等领域，也是农药、医药的重要原料之一。回答下列问题。

（1）工业上可用CO₂和H₂反应合成甲醇。

已知25℃、101kPa下： ①CO(g) +3H₂(g)=CH₃OH(l) +H₂O(1) △H₁=-132kJ• mol^-1

②2H₂(g) +O₂(g)==2H₂O(g) △H₂= -484 kJ• mol^-1 

③H₂O(l)= H₂O(g) △H₃= + 44 kJ• mol^-1写出表示CH₃OH燃烧热的热化学方程式：_______________。

（2）合成甲醇所需的H₂可由下列反应制取：H₂O(g)+CO(g)H₂ (g)+CO₂(g) △H<0。

①在恒容密闭容器中.通入一定设的CO和H₂O(g)发生上述反应，图1所示的是该反应的相关量值随溫度变化的情况，下列量值符合图示的是_______。

a.平衡常数       b.反应物的平衡转化率   c.逆反应速率      d. H₂O(g)的平衡浓度

②850℃时，若通入一定量的CO和H₂O(g)发生上述反应，CO和H₂O(g)浓度变化如图2所示，达到平衡时H₂O(g)的转化率为    ___________，该条件下的平衡常数K=___________。

（3）CO和H₂反应也能合成甲醇：CO(g) +2 H₂ (g)CH₃OH(g) △H = -90 kJ• mol^-1。恒容条件下，能使反应体系中增大的措施有_________    (任写两种）。

(4)    甲醇在催化剂条件下可以直接被氧化成甲酸。常温下，甲酸的电离常数Ka =1.0×10^-4，20.00mL0.100 0mol·L^-1NaOH溶液与等体积一定浓度的甲酸溶液混合，所得溶液中 c(HCOOH) = c(HCOO^-) ， c(OH^-) =_______，溶液中离子浓度由大到小的顺序为_______。

（5）甲醇燃料电池(如图所示）是质子交换膜燃料电池的一种变种，它直接使用甲醇而无须预先重整。写出在该条件下，甲醇燃料电池的负极反应式：_______________。

Answer

CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H=-726 kJ．mol-l ab 40% 1 降温、加H2或按初始原料比例再投入原料 1.0×l0 -10 mol/L c(HCOO -)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-) CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2↑

【解析】（1）根据盖斯定律：②×-③×3-①即得CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)，则△H=（-484 kJ• mol-1）×-（+44 kJ• mol-1）×3-（-132kJ• mol-1）=-726 kJ．mol-l，CH3OH燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) △H=-726 kJ．mol-l ；

（2）①由图1可知，温度越高，相关量的值越小，结合该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，反应物浓度增大，生成物浓度减小，反应物的转化率降低，平衡常数减小，故ab正确，d错误；升高温度正逆反应速率均增大，c项错误；答案为ab；

②4min时反应达到平衡，平衡时c(CO)=0.08mol/L，c(H2O)=0.18mol/L，c(H2)=c(CO2)=0.12mol/L，故H2O（g）的转化率为×100%=40%，平衡常数K==1；

（3）使增大，化学平衡应正向移动，反应放热，故降低温度可以使平衡正向移动，恒容条件下再译稿H2或按初始原料比例再投入原料，也能使平衡正向移动；

（4）甲酸的电离常数Ka==1×10-4，温度不变，Ka不变，反应后溶液中c(HCOOH)=c(HCOO-)，则c(H+)=1×10-4mol/L，得c(OH-)=Kw/c(H+)=1×10-14/10-4=1×10-10mol/L，溶液中：c(Na+)+c(H+)=c(HCOO-)+c(OH-)，c(H+)＞c(OH-)，故c(HCOO-)＞c(Na+)，离子浓度由大到小的顺序为c(HCOO -)>c(Na+)>c(H+)>c(OH-)；

（5）根据题中所给图示以及质子（H+）的移动方向知，甲醇被氧化为CO2，可得出负极反应式为甲醇失电子被氧化，其电极反应式为 CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2↑。

点睛：理解盖斯定律是解题的关键。根据盖斯定律，由已知热化学反应方程式乘以适当的系数进行加减构造目标热化学方程式，反应热也乘以相应的系数进行相应的加减。盖斯定律的使用方法：①写出目标方程式；②确定“过渡物质”(要消去的物质)；③用消元法逐一消去“过渡物质”。