问题 问答题

目前工业上有一种用CO2来生产燃料甲醇的方法,可以将CO2变废为宝.

(1)已知在常温常压下:

①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=_1275.6kJ•mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=_556.0kJ•mol-1

③H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJ•mol-1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式______

(2)某同学利用甲醇燃料电池为电源,设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图),通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色.则电源中a极为______极(填“正”或“负”),其电极反应式为______.装置上端A极电极材料是______(填化学式),B电极上的电极反应式为______.

(3)将不同量的CO(g)和H2O(g)分别通入体积为2L的恒容密闭容器中,进行反应:CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g),得到如下三组数据:

实验组温度/℃起始量/mol平衡量/mol达到平衡所需时间/min
H2OCOCO2
1650241.65
2900120.43
3900120.41
①该反应的正反应为______(填“吸”或“放”)热反应.

②实验1中,以v(H2)表示的平均反应速率为______.

③900℃时,按CO(g)、H2O(g)、CO2(g) 和 H2(g)的物质的量分别是0.8mol、1.0mol、0.6mol和0.8mol分别加入该容器,则此时反应的v(正)______v(逆)(填“>”“<”或“=”中之一).

④实验3跟实验2相比,改变的条件可能是______.

答案

(1)①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=_1275.6kJ•mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=_556.0kJ•mol-1

③H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJ•mol-1

依据热化学方程式和盖斯定律①-②-③×4得到CH3OH(l)+O2(g)=CO (g)+2H2O(l)△H=_447.8 kJ•mol-1

故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO (g)+2H2O(l)△H=_447.8 kJ•mol-1

(2)甲醇燃料电池为电源电解法制取Fe(OH)2的实验装置,通电后,溶液中产生大量的白色沉淀,且较长时间不变色,说明氢氧化亚铁在B电极附近生成,所以电极A为电解池的阳极,B为电解池的阴极,电源a为正极,电极反应为氧气得到电子得到电子发生还原反应,O2+4e-+2H2O=4OH-;连接正极的A电极是铁,目的是铁做阳极失电子生成亚铁离子,和阴极生成的氢氧根离子反应生成白色沉淀氢氧化亚铁;b为负极,连接电极B电极反应为:2H++2 e-=H2↑;

故答案为:正,O2+4e-+2H2O=4OH-,Fe,2H++2 e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2+2OH-);

(3)①CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g),反应前后气体体积不变,起始量减少一半,平衡不动,应平衡时二氧化碳浓度为0.8mol/L,所以依据图表数据可知温度升高平衡状态向逆向进行,说明正反应是放热反应;

故答案为:放;

②CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

起始量(mol)2        4        0       0

变化量(mol)1.6     1.6      1.6    1.6

平衡量(mol)0.4     2.4      1.6   1.6

实验1中,以v(H2)表示的平均反应速率=

1.6mol
2L
5min
=0.16mol/(L•min);

故答案为:0.16mol/(L•min);

③900°C平衡状态下平衡常数计算为

            CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)

起始量(mol) 1       2        0      0

变化量(mol) 0.4     0.4     0.4      0.4

平衡量(mol)0.6      1.6     0.4      0.4

K=

c(CO2)c(H2)
c(CO)c(H2O)
=
0.4mol
2L
×
0.4mol
2L
0.6mol
2L
×
1.6mol
2L
=0.17

按CO(g)、H2O(g)、CO2(g) 和 H2(g)的物质的量分别是0.8mol、1.0mol、0.6mol和0.8mol分别加入该容器

Qc=

c(CO2)c(H2)
c(CO)c(H2O)
=
0.6mol
2L
×
0.8mol
2L
0.8mol
2L
×
1mol
2L
=0.6>K

反应逆向进行,v(正)<v(逆)

故答案为:<; 

④实验3跟实验2相比,达到相同的平衡状态,反应前后气体体积不变,反应速率增大,说明增大压强或加入催化剂符合,改变的条件可能是使用了催化剂;加大了压强;

故答案为:使用了催化剂;加大了压强;

综合
选择题