Question

（12分）甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，工業(yè)上可通過(guò)CO和H₂化合制備甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) ⊿H  已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O(shè)	H—O
鍵能/kJ·mol-1	348	413	436	358	1072	463

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，該反應(yīng)的⊿H=      ；

（2）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在250°C開(kāi)始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應(yīng)開(kāi)始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率=      ，該溫度下平衡常數(shù)K=     ，若升高溫度則K值      （填“增大”、“減小”或“不變”）；

（3）下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是      ；

    A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變   

B、2v(H₂)_正=v(CH₃OH)_逆

    C、容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變            

D、單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO的同時(shí)生成2nmolH₂

（4）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動(dòng)汽車的車載電池，其工作原理示意圖如右，該燃料電池的電池反應(yīng)式為2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(l)，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為      。

 

Answer 1

【答案】

（1）-116 kJ·mol^-1；（無(wú)單位得1分，下同）  （2）0.0125mol/(L·min)，4，減小

（3）AC（單選A或C得1分）                           （4）2CH₃OH－12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺

【解析】（1）反應(yīng)熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值，所以根據(jù)鍵能可知，該反應(yīng)的反應(yīng)熱是1072kJmol＋2×436kJ/mol－3×413kJ/mol－358kJ/mol－463kJ/mol＝－116kJ/mol。

（2）根據(jù)方程式可知           CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

     起始量（mol）             1      2          0

轉(zhuǎn)化量（mol）             x      2x         x

平衡量（mol）           1－x    2－2x       x

所以有，解得x＝0.5mol

所以CO的反應(yīng)速率是

平衡常數(shù)K＝

正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，所以平衡常數(shù)減小。

（3）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。由于反應(yīng)是體積減小的，所以氣體的壓強(qiáng)是減小的，而氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量是增大的，因此AC正確；B中反應(yīng)速率的方向相反，但不能滿足反應(yīng)速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，B不正確；D中反應(yīng)速率的方向是相同的，不正確，答案選AC。

（4）原電池中負(fù)極是失去電子的，所以甲醇在負(fù)極通入。由于離子交換膜允許氫離子通過(guò)，所以負(fù)極反應(yīng)式是2CH₃OH－12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺。