Question

研究碳及其化合物的性質對促進低碳社會的構建具有重要意義。
(1)將不同量的CO(g)和H₂O(g)分別通人體積為2L的恒容密閉容器中，進行反應 CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下兩組數據：

實驗組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實驗1中以CO₂表示的反應速率為_____________(保留2位小數)；
②該反應為___________(填“吸熱”或“放熱”)反應；
③實驗2的平衡常數為___________________________。
(2)已知在常溫常壓下：
2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l) △H＝－1451.6kJ/mol
2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)  △H＝－566.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成CO和液態水的熱化學方程式_______________________________。
(3)甲醇對水質會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種污染，實驗室用如圖裝置模擬該過程，其原理是：通電后，Co²⁺被氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把甲醇氧化成CO₂而除去(Co³⁺的還原產物是CO²⁺)。

①寫出陽極電極反應式_______________________________________________________________ ；
②寫出除去甲醇的離子方程式__________________________________________________________。

Answer 1

（12分）（1）①0.13mol/（L?min）（2分） ②放熱（1分） ③（2分）
（2）CH₃OH(l)＋O₂(g)＝CO(g)＋2H₂O(l) △H＝－442.8kJ/mol （3分，方程式2分，數值1分）
（3）①Co²⁺－e^－＝Co³⁺（2分） ②6Co³⁺＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6Co²⁺＋6H⁺（2分）

試題分析：（1）①根據表中數據可知，氫氣的物質的量變化量為1.6mol，因此根據反應的方程式可知，CO₂的變化量也是1.6mol，其濃度是1.6mol÷2L＝0.8mol/L，所以CO₂表示的反應速率是v(CO₂)＝0.8mol/L÷6min＝0.13mol/（L?min）。
②根據表中數據可知，實驗1中CO的轉化率為×100%＝40%，實驗2中CO的轉化率為×100%＝20%，因此實驗1的轉化率大于實驗2。這說明溫度升高平衡向逆反應方向移動，因此正反應放熱。
③平衡時CO的物質的量為1.6mol÷2L＝0.8mol/L，則：
CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)
起始濃度（mol/L）   1    0.5     0    0
轉化濃度（mol/L）  0.2   0.2    0.2   0.2
平衡濃度（mol/L）  0.8   0.3    0.2   0.2
化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值.所以900℃時該反應平衡常數K＝＝＝0.17。
（2）已知反應①2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l) △H＝－1451.6kJ/mol和反應②2CO(g)+O₂(g)＝2CO₂(g)  △H＝－566.0kJ/mol，則根據蓋斯定律可知，（①-②）÷2即得CH₃OH(l)＋O₂(g)＝CO(g)＋2H₂O(l)，所以該反應的反應熱△H＝（－1451.6kJ/mol＋566.0kJ/mol）÷2＝－442.8kJ/mol。
（3）①電解池中陽極失去電子，發生氧化反應。因此通電后，Co²⁺在陽極失去電子氧化成Co³⁺，所以陽極電極反應式為Co²⁺－e^－＝Co³⁺。
②以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而除去，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，該反應的離子方程式為6Co³⁺＋CH₃OH＋H₂O＝CO₂↑＋6Co²⁺＋6H⁺。