Question

甲醇又称“木醇”或“木精”，沸点64.7℃，是无色有酒精气味易挥发的液体。甲醇有毒，误饮5～10mL能双目失明，大量饮用会导致死亡。甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料，可用于制造甲醛和农药，并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。

（1）工业上可利用CO₂和H₂生产甲醇，方程式如下：

CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(l)＋H₂O (g) △H＝Q₁kJ·mol^－1

又查资料得知：①CH₃OH(l)＋1/2 O₂(g)CO₂(g)＋2H₂(g) △H＝Q₂kJ·mol^－1

②H₂O(g)=H₂O(l) △H= Q₃kJ·mol^－1，则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为____。

（2）工业上可用CO和H₂O (g) 来合成CO₂和H₂，再利用（1）中反应原理合成甲醇。某温度下，将1molCO和1.5molH₂O充入10L固定密闭容器中进行化学反应：

CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g) △H＞0,当反应进行到10min时达到平衡，此时测得H₂为0.6 mol。回答下列问题:

①0~10min内H₂O(g)的平均反应速率为_________________。

②若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率，可以采用的方法是__________。

a.升高温度                       b.缩小容器的体积

c.增大H₂O (g)的浓度 d.加入适当的催化剂

③若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH₂O(g)，重新达到化学平衡状态时,此时平衡混合气体中H₂的体积分数为_____。

（3）甲醇燃料电池是符合绿色化学理念的新型燃料电池，下图是以甲醇燃料电池（甲池）为电源的电解装置。已知：A、B、C、D、E、F都是惰性电极，丙中为0.1 mol/L CuSO₄溶液 (假设反应前后溶液体积不变) ，当向甲池通入气体a和b时，D极附近呈红色。回答下列问题：

①a物质是__________, A电极的电极反应式为__________。

②乙装置中的总化学反应方程式为___________________。

③当乙装置中C电极收集到224mL(标况下)气体时, 丙中溶液的pH＝____。

Answer

CH3OH(l)+3/2 O2(g) =CO2(g)+2H2O(l) ΔH=(2Q1＋3Q2＋2Q3) kJ•mol－1 6×10－3mol·L－1·min－1 ac 25% CH3OH CH3OH - 6e－+ 8OH－= CO32－+ 6H2O 2NaCl + 2H2O2NaOH + Cl2↑+ H2↑ 1

【解析】

根据盖斯定律进行反应热的计算，并写出热化学方程式。根据化学反应速率的计算公式进行相关计算。根据影响化学平衡的条件进行相关分析。根据原电池原理和电解原理进行相关分析和判断。根据电子转移守恒进行电化学的计算。

（1）已知反应：① CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O (g) △H＝Q1kJ·mol－1，② CH3OH(l)＋1/2 O2(g)CO2(g)＋2H2(g)△H＝Q2kJ·mol－1，③ H2O(g)=H2O(l) △H= Q3kJ·mol－1，则根据盖斯定律可知2×①+3×②+2×③即可得到甲醇的燃烧热的热化学方程式为CH3OH(l)+3/2 O2(g) ＝ CO2(g)+2H2O(l) ΔH＝(2Q1＋3Q2＋2Q3)kJ/mol。

（2）①当反应进行到10min时达到平衡，此时测得H2为0.6 mol，则根据方程式可知消耗水蒸气是0.6mol，水蒸气浓度变化量是0.6mol÷10L＝0.06mol/L，实验用氢气表示的反应速率为0.06mol/L÷10min＝6×10－3mol·L－1·min－1。

②a.正方应是吸热反应，则升高温度反应速率加快，平衡向正反应方向进行，CO的转化增大，a正确；

b.反应前后体积不变，则缩小容器的体积压强增大，反应速率较加快，淡平衡不移动，CO转化率不变，b错误；

c.增大H2O (g)的浓度正反应速率增大，平衡向正反应方向进行，则CO转化率增大，c正确；

d.加入适当的催化剂反应速率加快，但平衡不移动，CO转化率不变，d错误。

答案选ac。

③若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH2O(g)，由于温度不变，则平衡常数不变，所以

CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)

起始浓度（mol/L） 0.2 0.2 0 0

转化浓度（mol/L） x x x x

破坏你的（mol/L）0.2-x 0.2-x x x

所以

解得x＝0.1

所以此时平衡混合气体中H2的体积分数为

（3）①D极附近呈红色，这说明D电极周围产生氢氧根离子，即D电极是阴极，氢离子放电，则A是负极。原电池中负极失去电子，则A通入的物质是CH3OH，电解质是氢氧化钾，则负极电极反应式为CH3OH - 6e－+ 8OH－＝CO32－+ 6H2O。

②乙装置是电解饱和食盐水，则电解的总反应式为2NaCl + 2H2O2NaOH + Cl2↑+ H2↑。

③当乙装置中C电极是阳极，氯离子放电生成氯气，如果收集到224mL(标况下)气体即氯气是0.01mol，则转移0.02mol电子，所以根据电子转移守恒可知丙装置中产生0.02mol氢离子，氢离子浓度是0.02mol÷0.2L＝0.1mol/L，则丙中溶液的pH＝1。