Question

【題目】甲醇是一種易揮發的液體，它是一種重要的化工原料，也是一種清潔能源。

（1）已知：①CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) ΔH＝－128.1 kJ·mol－1

②2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

③H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol－1

④2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g) ΔH＝－566.0 kJ·mol－1

寫出表示CH3OH燃燒熱的熱化學方程式：________________________________。

（2）不同溫度下，將1.0 molCH4和2.4molH2O（g）通入容積為10 L的恒容密閉容器中發生如下反應： CH4(g)+ H2O(g) CO(g) + 3H2(g)，測得體系中H2O的體積百分含量隨著時間的變化情況如下圖所示：

①T1____T2（填“＞”“＜”或“=”，下同），其對應的平衡常數K1____K2。

②溫度T2下，從反應開始到2min時，ν（H2O）=___________。

③T1溫度時，若已知到達平衡是H2O(g)的體積百分含量為40％，則該溫度下上述反應的平衡常數K=____________。（保留兩位小數點）

（3）科學家用氮化鎵組成如圖所示的人工光合系統，利用該裝置成功地以CO2和H2O為原料合成了CH4。銅電極表面的電極反應式為__________________________。

（4）已知CO可與I2O5反應：5 CO(g)+I2O5(s)5CO2(g)+I2(s)。將甲醇不完全燃燒產生的500mL（標準狀況）氣體用足量的I2O5處理后，將所得的I2準確地配成100mL碘的酒精溶液。再取25.00mL該溶液加入淀粉溶液作指示劑后用0.0100mol·L－1 Na2S2O3標準溶液滴定，消耗標準溶液20.00mL（氣體樣品中其它成分與I2O5不反應；2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6）。

①滴定終點時溶液顏色變化為____________________________。

②氣體樣品中CO的體積分數為________________。

Answer 1

【答案】 CH3OH（l）+ 3/2O2（g）= CO2（g）+H2O（l）ΔH＝－726.5 kJ·mol－1 ＜ ＜ 0.04mol·L－1·min－1 0.04 CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O 藍色褪為無色 8.96%

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，圖像分析，化學反應速率和化學平衡常數的計算，電極反應式的書寫，氧化還原反應的滴定實驗。

（1）應用蓋斯定律，將②+④-①得，CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=（-571.6kJ/mol）+（-566.0kJ/mol）-（-128.1kJ/mol）=-726.5kJ/mol，CH3OH燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH（l）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）ΔH=-726.5kJ/mol。

（2）①根據圖示，T2時達到平衡所需時間小于T1時，其他條件相同時升高溫度反應速率加快，則T1T2。T2平衡時體系中H2O（g）的體積百分含量小于T1時，升高溫度平衡向正反應方向移動，正反應為吸熱反應，則對應的平衡常數K1K2。

②根據圖像，溫度T2下，2min時體系中H2O（g）的體積百分含量為32%，設從開始到2min時轉化H2O（g）物質的量濃度為x，用三段式

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

c（起始）（mol/L） 0.1 0.24 0 0

c（轉化）（mol/L） x x x 3x

c（2min末）（mol/L）0.1-x 0.24-x x 3x

=32%，解得x=0.08mol/L，從反應開始到2min時υ（H2O）==0.04mol/（L·min）。

③T1溫度時，設從開始到平衡轉化CH4物質的量濃度為y，用三段式

CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）

c（起始）（mol/L） 0.1 0.24 0 0

c（轉化）（mol/L） y y y 3y

c（平衡）（mol/L） 0.1-y 0.24-y y 3y

平衡時H2O（g）的體積百分含量為40%，則=40%，解得y=0.058mol/L，平衡時CH4、H2O（g）、CO、H2物質的量濃度依次為0.042mol/L、0.182mol/L、0.058mol/L、0.174mol/L，該溫度下反應的平衡常數K===0.04。

（3）根據圖示在Cu電極表面CO2得到電子被還原成CH4，1molCO2得到8mol電子被還原成1molCH4，Cu電極表面的電極反應式為CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。

（4）①碘的酒精溶液中加入淀粉溶液，溶液變藍，用Na2S2O3滴定到終點，I2被完全消耗，滴定終時溶液顏色的變化為：藍色褪為無色。

②根據方程式5CO（g）+I2O5（s）5CO2（g）+I2（s）和2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6，寫出關系式5CO~I2~2Na2S2O3，500mL氣體樣品中含CO物質的量為0.0100mol/L0.02L=0.002mol，標準狀況下V（CO）=0.002mol22.4L/mol=0.0448L=44.8mL，氣體樣品中CO的體積分數為100%=8.96%。