Question

【題目】甲醇是一種綠色能源，是機動車燃油的最佳替代品。請回答下列有關問題：

（1）用CO可以合成甲醇。已知：

ⅰ．CH3OH(g)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-764.5 kJmol-1；

ⅱ．CO(g)+ O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJmol-1；

ⅲ．H2(g)+ O2(g)=H2O(g) △H=-285.8 kJmol-1；

則 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=________kJ·mol-1。

（2）利用CO2及H2為原料，在合適的催化劑（如Cu/ZnO催化劑）作用下，也可合成CH3OH，涉及的反應有：

ⅳ．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7 kJmol-1平衡常數 K1；

ⅴ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H=+41.2 kJmol-1平衡常數K2。

下列四組實驗，若控制CO2和H2初始投料比均為1∶2.2，經過相同反應時間測得如下實驗數據：

溫度(K)	催化劑	CO2轉化率(％)
543	Cu/ZnO納米棒材料	12.3
543	Cu/ZnO納米片材料	10.9
553	Cu/ZnO納米棒材料	15.3
553	Cu/ZnO納米片材料	12.0

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數K=___________（用含K1、K2的表達式表示）。

②有利于提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率的措施有_________。

a．使用Cu/ZnO納米棒襯料

b．使用Cu/ZnO納米片材料

c．降低反應溫度

d．保持投料比不變，增加反應物的濃度

e．增大CO2和H2的初始投料比

③由表格中的數據可知，相同溫度下不同的催化劑對CO2的轉化率不同，造成該結果的原因是_________________________________________。

（3）甲醇燃料電池是目前技術最成熟，應用最廣泛的一種燃料電池，其工作原理如下圖所示:

①a氣體的名稱是_________。

②甲池所在電極為原電池的______極，其電極反應式為__________________________。

③電解液中，H+的移動方向為_____________。

Answer 1

【答案】 -90.1 c d 此時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應ⅳ的催化能力不同 甲醇 負 CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ 從甲池穿過交換膜進入乙池

【解析】（1）考查蓋斯定律的應用，ii＋2×iii－i，得出△H=(－283－285.8×2＋764.5)kJ·mol－1=－90.1kJ·mol－1；（2）考查化學平衡常數的表達形式以及影響化學平衡移動的因素，①K1=，K2=，K=，則有K=；②a、催化劑對化學平衡的移動無影響，故a錯誤；b、催化劑對化學平衡的移動無影響，故b錯誤；c、此反應正反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，提高CO2的轉化率，故c正確；d、增加反應物的濃度，平衡向正反應方向移動，CO2的轉化率提高，故d正確；e、增大CO2和H2的初始投料比，即增大CO2的量，雖然平衡向正反應方向移動，但CO2的轉化率降低，故e錯誤；③催化劑對化學平衡的移動無影響，根據表中數據，說明此反應未達到平衡，不同的催化劑對反應ⅳ的催化能力不同；（3）考查原電池的工作原理和電極反應式的書寫，①根據工作裝置圖，以及原電池的工作原理，電子從負極出發，經外電路流向正極，即左端電極為負極，右端電極為正極，a為甲醇；②根據①的分析，甲池中電極為負極，交換膜是質子交換膜，因此環境是酸性，即電極反應式為 CH3OH+H2O-6e－=CO2+6H＋；③根據原電池的工作原理，陽離子向正極移動，即H＋從甲池通過交換膜進入乙池。