Question

(15分）甲醇可作为燃料电池的原料。工业上利用CO₂和H₂在一定条件下反应合成甲醇。

（1）已知在常温常压下：

① 2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)   ΔH＝－1275.6 kJ／mol

② 2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)   ΔH＝－566.0 kJ／mol

③ H₂O(g) ＝ H₂O(l)   ΔH＝－44.0 kJ／mol

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：                         。

（2）甲醇脱氢可制取甲醛CH₃OH(g)HCHO(g)+H₂(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如下图所示。回答下列问题：

①600K时，Y点甲醇的υ(逆)         (正)（填“>”或“<”）

②从Y点到X点可采取的措施是______________________________________。

③有同学计算得到在t­₁K时，该反应的平衡常数为8.1mol·L^－1。你认为正确吗？请说明理由       。

（3）纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注。在相同的密闭容器中，使用不同方法制得的Cu₂O（Ⅰ）和（Ⅱ）分别进行催化CH₃OH的脱氢实验：CH₃OH(g)HCHO(g)+H₂(g)。CH₃OH的浓度（mol·L^－1）随时间t (min)变化如下表：

序号	温度	0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

可以判断：实验①的前20 min的平均反应速率 ν(H₂)＝               ；

实验温度T₁    T₂（填“>”、“<”）；催化剂的催化效率：实验①    实验②（填“>”、“<”）。

（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）。现用如下图所示装置模拟上述过程，

则Co²⁺在阳极的电极反应式为                  ；除去甲醇的离子方程为                   。

Answer

（1）CH3OH(l)+ O2(g)＝CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝—442.8 kJ∕mol（2分）（2）① >（2分）

②降低温度和增大压强（2分） ③不正确（1分）。因为当CH3OH的起始浓度不同时，其转化率就不等于90%。（1分） （3）7.0×10-5 mol·L-1 min-1（2分） <（1分） <（1分）

（4）Co2+－e-＝Co3+ (1分） 6Co3++CH3OH+H2O==6Co2++CO2↑+6H+（2分）

【解析】

试题分析：（1）已知：① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH＝－1275.6 kJ／mol， ② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ／mol，③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ／mol，则根据盖斯定律可知（①-②+③×4）÷2即可得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式CH3OH(l)+ O2(g)＝CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝—442.8 kJ∕mol。

（2）①600K时，Y点位于曲线的上方，要达到平衡状态，转化率降低，这说明反应向逆反应方向移动，所以甲醇的υ(逆)＞(正)。

②根据图像可知升高温度转化率增大，这说明升高温度平衡向正反应方向进行，即正方应是吸热反应。又因为正方应是体积增大的可逆反应，则从Y点到X点可采取的措施是降低温度和增大压强。

③由于当CH3OH的起始浓度不同时，其转化率就不等于90%，所以得出的平衡常数值是不正确的。

（3）根据表中数据可知实验①的前20 min内消耗甲醇的浓度是0.050mol/L—0.0486mol/L＝0.0014mol/L，则根据方程式可知生成氢气浓度也是0.0014mol/L，所以平均反应速率 ν(H2)＝0.0014mol/L÷20min＝7.0×10-5 mol·L-1 min-1。根据实验②③值数据可知平衡甲醇的浓度分别是0.048mol/L、0.090mol/L，则消耗甲醇的浓度分别是0.002mol/L、0.01mol/L，则生成为的浓度分别均是0.002mol/L、0.01mol/L，所以平衡常数分别是、，这说明温度为T2时平衡常数大。由于正方应是吸热反应，升高温度平衡常数增大，所以T1＜T2。实验①、②值起始浓度相等，但到达平衡的时间实验②小于实验①，则催化剂的催化效率：实验①＜实验②。

（4）电解池中阳极失去电子，发生氧化反应，则Co2+在阳极的电极反应式为Co2+－e-＝Co3+。Co3+将甲醇氧化成CO2和H+，而自身被还原为Co2+，所以反应的离子方程式为6Co3+＋CH3OH＋H2O＝6Co2+＋CO2↑＋6H+。

考点：考查盖斯定律应用、外界条件对平衡状态影响、反应速率计算以及电化学原理应用等