Question

能源短缺是人类社会面临的最大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下面有关甲

能源短缺是人类社会面临的最大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下面有关甲醇参与反应的有关问题（1）火力发电厂释放出的氮氧化物（NOx）、二氧化硫和二氧化碳等气体进行脱硝、脱硫和脱碳等处理．可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的．其中，脱碳时将CO2转化为甲醉的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H①取五份等体积CO2和H2的混合气体（物质的傲之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH3OH）与反应温度T的关系曲线如下图甲所示，则上述CO2转化为甲醇的反应中△H______0（填“＞“、“＜“或“=“）②在一恒温恒容（容积为2L）密闭容器中充入2mol CO2和6mol H2，进行上述反应．测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如下图乙所示．试计算：0-10min内，氢气的平均反应速率v（H2）=______；该温度下，反应的平衡常数K=______（2）已知在常温常压下：①2CH3OH（l）+3O2（g）→2C2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ/mol②H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ/mol写出表示甲醉燃烧热的热化学方程式：______（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如下图丙所示的电池装置．①该电池的正极反应式为______；负极反应式为______②工作一段时间后，当消耗3.2g甲醇时，同时消耗掉的KOH是______g．

Answer 1

（1）①、由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH₃OH）越小，说明升高温度平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H₃＜0，故答案为：＜；
②由图可知，10min时，反应已经达平衡，△c（CO₂）=1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以10min内，v（CO₂）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），反应速率之比等于计量数之比，故v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min）；
开始CO₂的浓度为1mol/L，故容器的体积为

1mol

1mol/L

=1L，H₂的起始浓度为

3mol

1L

=3mol/L，则：
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
开始（mol/L）：1         3         0          0
变化（mol/L）：0.75     2.25      0.75        0.75
平衡（mol/L）：0.25     0.75      0.75        0.75
故该温度下平衡常数k=

0.75×0.75

0.25×0.752

=5.33；
故答案为：0.225mol/（L?min）；5.33；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol
②H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ/mol
依据盖斯定律①+②×4得到：2CH₃OH（l）+3O₂（g）→2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
甲醇的燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol
故答案为：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）→CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol；
（3）①原电池正极发生还原反应，氧气在正极放电，碱性条件下生成氢氧根离子，电极反应式为O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，原电池负极反应是燃料失电子在氢氧化钾碱性溶液中生成碳酸盐，电极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
②该原电池实质为甲醇燃烧生成二氧化碳与水，二氧化碳在与氢氧化钾反应生成碳酸钾与水，该原电池总的反应式为：2CH₃OH+3O₂+4KOH=2K₂CO₃+6H₂O，工作一段时间后，当消耗3.2g甲醇物质的量=

3.2g

32g/mol

=0.1mol，同时消耗掉的KOH是0.2mol，质量=0.2mol×56g/mol=11.2g；

故答案为：11.2；