Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上采用如下反應(yīng)合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

（1）分析該反應(yīng)并回答下列問題：

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=____________。

②下列選項(xiàng)能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)有__________（填序號(hào)）。

A．2v（正）(H2)= v（逆）(CO)

B．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗2molH2的同時(shí)生成 1mol CH3OH

C．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化

D．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化

E．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間而變化

（2））下圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間的變化曲線：

①該反應(yīng)的△H________0（填“>”、“<”或“=”）。

②T1和T2溫度下的平衡常數(shù)：K1 ________ K2（填“>”、“<”或“=”）。

（3）某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)＝ 0.2 mol／L，則CO的轉(zhuǎn)化率為________________。

（4）已知在常溫常壓下：

① 2CH3OH(l) ＋ 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(l) ΔH3＝－44.0 kJ／mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式________________________。

（5）2009年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆。甲醇燃料電池的工作原理如圖所示。

①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為__________（填 化學(xué)式，下同），c 口通入的物質(zhì)為__________。 ②該電池正極的電極反應(yīng)式為_______________。

Answer 1

【答案】CE<>80%CH3OH(l)+ O2(g) ＝ CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝－442.8 kJ∕molCH3OHO2O2+4e－+4H+=2H2O

【解析】

（1）平衡常數(shù)是在一定條件下的可逆反應(yīng)中，當(dāng)可逆反應(yīng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以根據(jù)反應(yīng)的方程式可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)是K=；②A、v（正）(H2)= 2v（逆）(CO)時(shí)說明正逆反應(yīng)速率相等，說明到達(dá)平衡，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B、單位時(shí)間內(nèi)消耗2molH2的同時(shí)生成 1mol CH3OH都表示正反應(yīng)速率，自始至終反應(yīng)速率都按2：1進(jìn)行，不能說明到達(dá)平衡，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C、反應(yīng)為氣體體積變化的反應(yīng)，壓強(qiáng)隨著反應(yīng)也發(fā)生變化，若壓強(qiáng)不變，則說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，選項(xiàng)C正確；D、反應(yīng)物都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質(zhì)量不變，密度自始至終為定值，不能說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；E、混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體的總的物質(zhì)的量減小，即平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，最后為定值，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，選項(xiàng)E正確；答案選CE；（2）①由圖可知，T2先達(dá)到平衡，溫度大，溫度高時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率低，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以△H＜0；②由K=，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則升高溫度K減小，T1＜T2，所以K1＞K2；(3) 達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為2.0mol-0.2mol/L×1L=1.6mol，所以CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=80%；（4）根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)①-②-③×4得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以該反應(yīng)的△H=（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）-（-44.0kJ/mol）×4=442.8kJ/mol，即CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol；（5）①據(jù)氫離子移動(dòng)方向知，右側(cè)電極為正極，正極上氧氣得電子，左側(cè)電極為負(fù)極，負(fù)極上通入燃料甲醇，故答案為：CH3OH；O2；②負(fù)極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。