Question

（2012?紅橋區一模）能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．
（1）工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂ （g）?CH₃OH （g）+H₂O （g）△H₂
①上述反應符合．“原子經濟”原則的是

Ⅰ

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；
②下表所列數據是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數據判斷△H₁

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”），反應Ⅰ的平衡常數的表達式是

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，按反應Ⅰ充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為

80%

．
（2）根據如圖所示的能量變化寫出由碳轉化成CO的熱化學方程式

C（s）+1/2O₂（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol

．
（3）某同學設計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO₄混合溶液，其裝置如下1圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

．
③理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如題2圖所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），寫出在t₁后，石墨電極上的電極反應式

4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O

；在t₂時所得溶液的pH約為

1

．（溶液體積變化忽略不計）

Answer 1

分析：（1）①“原子經濟”原則是：原子經濟性是綠色化學以及化學反應的一個專有名詞．綠色化學的“原子經濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中；
②依據平衡常數隨溫度變化分析，結合平衡移動原理分析熱量變化，依據平衡常數概念列式；
③依據化學平衡的三段式列式計算，依據轉化率概念計算得到；
（2）依據圖象分析物質能量，結合熱化學方程式書寫方法寫出；
（3）電池通入甲醇的為負極，乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產生的氣體，Ⅱ表示陽極產生的氣體，t₁前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，根據氧氣的量計算氫氧根離子的物質的量，水電離出等物質的量的氫離子和氫氧根離子，根據公式計算得出C（H⁺），從而得出溶液的pH．

解答：解：（1）①“原子經濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中；
分析反應可知反應Ⅰ符合；
故答案為：Ⅰ；
②依據圖表數據分析，隨溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向放熱反應；
故答案為：＜；
CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）反應的平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
故答案為：＜；K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；
③按反應Ⅰ充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，物質的量為0.4mol；            
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）     2        6            0
變化量（mol）    1.6      3.2          1.6
平衡量（mol）    0.4      2.8          1.6
CO的轉化率=

1.6mol

2mol

×100%=80%
故答案為：80%；
（2）依據圖象可知①C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H=-393.5KJ/mol，②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-282.9KJ/mol；
依據蓋斯定律①-②得到C（s）+1/2O₂ （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
故答案為：C（s）+1/2O₂ （g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol；
（3）①甲醇燃料電池中，在堿性條件下，甲醇失電子生成碳酸根與水，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②乙中石墨電極為陽極、鐵電極為陰極，開始Cl^-在陽極放電生成氯氣，陰極Cu²⁺放電生成Cu，故圖丙中Ⅰ表示陰極產生的氣體，Ⅱ表示陽極產生的氣體，t₁前電極反應式為：陽極2Cl^--4e^-=Cl₂↑，t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，所以在t₁后，石墨電極上的電極反應式為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
t₁～t₂電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極2Cu²⁺+4e^-=2Cu，t₂點后電極反應式為：陽極4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，陰極4H⁺+4e^-=2H₂↑，所以t₁～t₂ 陽極上生成氧氣，t₁～t₂Ⅱ產生的氣體體積=0.336L-0.224L=0.112L，陽極上生成112mL氧氣需要n（OH^-）=

0.112L×4mol

22.4L

=0.02mol，水電離出等物質的量的氫離子和氫氧根離子，所以n（H⁺）=0.02mol，c（H⁺）=

0.02mol

0.2L

=0.1mol/L，所以溶液的pH=1，
故答案為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；1；

點評：本題考查了化學平衡的有關計算、電解池原理等知識點，電解硫酸銅和氯化鈉混合溶液時，明確離子的放電順序是解本題的關鍵，難度較大．