Question

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

（1）分析該反應并回答下列問題：

①該反應的平衡常數表達式為K=____________。

②下列選項能判斷該反應達到平衡狀態的依據有__________（填序號）。

A．2v（正）(H2)= v（逆）(CO)

B．一定條件下，單位時間內消耗2molH2的同時生成 1mol CH3OH

C．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化

D．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化

E．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化

（2））下圖是該反應在不同溫度下CO轉化率隨時間的變化曲線：

①該反應的△H________0（填“>”、“<”或“=”）。

②T1和T2溫度下的平衡常數：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，達到平衡后，測得c(CO)＝ 0.2 mol／L，則CO的轉化率為________________。

（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水的熱化學方程式________________________。

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

①該電池工作時，b口通入的物質為__________（填 化學式，下同），c 口通入的物質為__________。 ②該電池正極的電極反應式為_______________。

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）平衡常數是在一定條件下的可逆反應中，當可逆反應反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據反應的方程式可知，該反應的平衡常數是K=；②A、v（正）(H2)= 2v（逆）(CO)時說明正逆反應速率相等，說明到達平衡，選項A錯誤；B、單位時間內消耗2molH2的同時生成 1mol CH3OH都表示正反應速率，自始至終反應速率都按2：1進行，不能說明到達平衡，選項B錯誤；C、反應為氣體體積變化的反應，壓強隨著反應也發生變化，若壓強不變，則說明可逆反應到達平衡狀態，選項C正確；D、反應物都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質量不變，密度自始至終為定值，不能說明可逆反應到達平衡，選項D錯誤；E、混合氣體的總質量不變，隨反應進行，混合氣體的總的物質的量減小，即平均相對分子質量減小，最后為定值，說明可逆反應到達平衡狀態，選項E正確；答案選CE；（2）①由圖可知，T2先達到平衡，溫度大，溫度高時CO的轉化率低，則正反應為放熱反應，所以△H＜0；②由K=，升高溫度平衡逆向移動，則升高溫度K減小，T1＜T2，所以K1＞K2；(3) 達到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，則轉化的CO的物質的量為2.0mol-0.2mol/L×1L=1.6mol，所以CO的轉化率為×100%=80%；（4）根據蓋斯定律，將已知反應①-②-③×4得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以該反應的△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據氫離子移動方向知，右側電極為正極，正極上氧氣得電子，左側電極為負極，負極上通入燃料甲醇，故答案為：CH3OH；O2；②負極上甲醇失電子和水反應生成二氧化碳和氫離子，電極反應式為CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。