Question

開發、使用清潔能源發展“低碳經濟”，正成為科學家研究的主要課題。氫氣、甲醇是優質的清潔燃料，可制作燃料電池。
（1）已知：① 2CH₃OH(1) + 3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(g)  ΔH₁ =" –" 1275.6 kJ/mol
② 2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)    ΔH₂ =" –" 566.0 kJ/mol
③ H₂O(g) = H₂O(1)  ΔH₃ =" –" 44.0 kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：___________。
（2）生產甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)  ΔH>0
①一定條件下CH₄的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖a。則T_l ________T₂(填“<”、“>”、“=”，下同)；A、B、C三點處對應平衡常數（K_A、K_B、K_C）的大小關系為___________。
     
②100℃時，將1 mol CH₄和2 mol H₂O通入容積為1 L的定容密封容器中，發生反應，能說明該反應已經達到平衡狀態的是__________
a．容器內氣體密度恒定  
b．單位時間內消耗0.1 mol CH₄同時生成0.3 mol H₂
c．容器的壓強恒定      
d．3v正(CH₄) = v逆(H₂)
如果達到平衡時CH₄的轉化率為0.5，則100℃時該反應的平衡常數K =___________
（3）某實驗小組利用CO(g) 、 O₂(g) 、KOH（aq）設計成如圖b所示的電池裝置，則該電池負極的電極反應式為___________。

Answer 1

（共12分）（每空2分）
（1）CH₃OH(1) + O₂(g) =" CO(g)" + 2H₂O(1)  ΔH =" –442.8" kJ·mol^{– 1}；
（2）①  < ； K_C = K_B >K_A   ； 
② cd ；  2.25 ；
（3）CO  – 2e^– +  4 OH^－ = CO₃^2-+ 2H₂O 

解析試題分析：
（1）不完全燃燒生成CO 和H₂O ，由（①-②）*1/2+2*③得：方程式CH₃OH(1) + O₂(g) =" CO(g)" + 2H₂O(1) ΔH =" –442.8" kJ·mol^{– 1}；
（2）①CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g) ΔH>0 溫度升高，CH₄轉化率增大，由圖，P相等，A——B CH₄轉化率增大，T_l < T_2。 B和C點溫度相同，平衡常數相等。因T_l < T₂ ,反應是吸熱反應，故有K_C = K_B >K_A 。
②對于前后系數不等的反應，“容器的壓強恒定”可做標志。CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)
v正(CH₄) ： v逆(H₂)=1:3 變形有3v正(CH₄) = v逆(H₂)。
CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)
初   1        2         0       0
變  1*0.5     0.5       0.5      3*0.5
平  0.5       1.5      0.5        1.5         K=0.5*1.5³/ 0.5*  1.5 = 2.25
（3）總：CO+1/2 O₂ +2OH^-= CO₃^2-+ H₂O    正極：1/2 O₂+2 e^–= 2OH^-  負極=總-正極
負極：得CO  – 2e^– +  4 OH^－ = CO₃^2-+ 2H₂O 。
考點：本題考查蓋斯定律、平衡移動、平衡常數、平衡計算、原電池等知識。