Question

【題目】開發、使用清潔能源發展“低碳經濟”,正成為科學家研究的主要課題。氫氣、甲醇是優質的清潔燃料，可制作燃料電池。

(1)己知：2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1=-1275.6kJ·mol-1

2CO(g)+O2(g)=2CO2 (g) △H2=-566.0 kJ·mol-1

H2O(g)=H2O(l) △H3=-44.0 kJ·mol-1

寫出甲醇燃燒熱的熱化學方程式：___________________________________________________

(2)生產甲醇的原料CO和H2來源于：CH4(g)+H2O(g)CO(g) +3H2(g)

①一定條件下CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖a。則p1__________p2(填“<”、“>”、“=”)

②A、B、C三點處對應平衡常數(KA、KB、KC) 的由大到小順序為_______________。

③100℃時，將1molCH4和2molH2O通入容積為100L的反應室，反應達平衡的標志是：__________。

A．容器內氣體密度恒定 B．單位時間內消耗0.1mol CH4同時生成0.3molH2

C．容器的壓強恒定 D．3v正(CH4)=v逆(H2)

(3)某實驗小組利用CH3OH (g)、O2 (g)、KOH (aq) 設計成燃料電池，負極的電極反應式為：_____________________________，該電池工作時，溶液的pH將__________(填“增大”“減小”“不變”)

Answer 1

【答案】 2CH3OH(l)+3O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.8kJ·mol-1 ＜ KC＞KB＞KA CD CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 減小

【解析】(1). 已知：① 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1=-1275.6kJ·mol-1，②H2O(g)=H2O(l)△H3=-44.0kJ·mol-1，根據蓋斯定律，(①+②×4)÷2得表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.8kJ·mol-1，故答案為：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.8kJ·mol-1；

(2). ①. CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)為氣體增多的可逆反應，增大壓強，平衡逆向移動，CH4的轉化率減小，由圖a可知，相同溫度下，壓強為p1時的轉化率大于p2時的轉化率，則p1＜p2，故答案為：＜；

②. 由圖a可知，升高溫度，CH4的轉化率增大，說明CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)的正反應為吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡常數增大，因溫度TA＜TB＜TC，則平衡常數KC＞KB＞KA，故答案為：KC＞KB＞KA；

③. A.在恒溫恒容的條件下發生反應CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，容器內氣體的密度始終不變，則容器內氣體密度恒定，不能說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；B.單位時間內消耗0.1mol CH4的同時生成0.3molH2，表示的均為正反應速率，不能說明正反應速率和逆反應速率相等，不一定為平衡狀態，故B錯誤；C.該反應為反應前后氣體物質的量不相等的可逆反應，容器的壓強恒定，說明反應達到平衡狀態，故C正確；D. 當3v正(CH4)=v逆(H2)時，正反應速率等于逆反應速率，反應達到平衡狀態，故D正確；答案為：CD；

(3). 利用CH3OH(g)、O2(g)、KOH(aq)設計成燃料電池，在負極上，甲醇失電子發生氧化反應，電極反應式為CH3OH－6e+8OH=CO32+6H2O，該電池的總反應式為2CH3OH+4OH+3O2=2CO32+6H2O，由總反應式可知，溶液中c(OH)減小，溶液的pH將減小，故答案為：CH3OH－6e+8OH=CO32+6H2O；減小。