Question

【題目】能源問題是現代社會發展的三大基本問題之一。

(1)焦炭可用于制取水煤氣。實驗測得1.2 g 碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了13.16 kJ熱量。該反應的熱化學方程式為_________________________；該反應在________條件下能自發進行（選“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）。

(2)甲醇（CH3OH）廣泛用作燃料電池的燃料，工業上可由CO和H2來合成，化學方程式為CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）。如圖是在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。

①T1________T2（填“>”、“<”或“=”）。T1和T2溫度下的平衡常數大小關系是K1________（填“>”、“<”或“=”）K2。

②若容器容積不變，下列措施不能增加CO轉化率的是________（填字母）。

a.降低溫度 b.將CH3OH(g)從體系中分離

c.使用合適的催化劑 d.充入He，使體系總壓強增大

③生成甲醇的化學反應速率（v）與時間（t）的關系如圖所示。則圖中t2時采取的措施可能是___________________；

t3時采取的措施可能是 _________________。

④若在T1℃時，往一密閉容器通入等物質的量CO和H2測得容器內總壓強1MPa，40min達平衡時測得容器內總壓強為0.6MPa，計算生成甲醇的壓強平衡常數KP＝________（MPa）-2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數）。

(3)甲醇（CH3OH）燃料電池是以鉑為電極，以KOH溶液為電解質溶液，在兩極區分別加入CH3OH和O2即可產生電流。負極加入的物質是________；正極的電極反應為_______________________。

Answer 1

【答案】C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H =+131.6kJ·mol－1 高溫 < > cd 加壓 加入催化劑 66.7 CH3OH O2+4e-+2H2O =4OH—

【解析】

（1）1.2 g 碳為0.1mol，與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了13.16 kJ熱量，反應的熱化學方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H =+131.6kJ·mol－1；該反應的正反應為吸熱反應，且氣體分子數增大的反應，自發進行△G=△H-T△S<0，該反應的△H>0，△S>0，所以高溫條件下才自發進行；故答案為：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H =+131.6kJ·mol－1；高溫；

（2）①溫度越高，反應速率越快，由圖可知T1<T2，溫度高，一氧化碳的轉化率小，該反應的正反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，平衡常數變小，所以K1>K2；故答案為：< ；>；

②a. 降低溫度，平衡正向移動，CO轉化率增大；不選a；

b. 將CH3OH(g)從體系中分離，平衡正向移動，CO轉化率增大；不選b；

c. 催化劑對平衡無影響，不能增加CO轉化率，選c；

d. 充入He，體系總壓強增大，各組分的濃度不變，平衡不移動，選d；故答案為：cd；

③CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）△H<0，由圖可知，t2時，改變外界環境，速率加快，平衡正向移動，所以加壓；t3時，改變外界環境，速率加快，平衡不移動，所以加入催化劑；故答案為：加壓；加入催化劑；

④設轉化的一氧化碳的物質的量為xmol，則：

根據物質的量與壓強成正比關系，得到： ，，x=0.4mol，則，（MPa）-2；故答案為：66.7；

（3）燃料電池中，燃料作負極，發生氧化反應，失去電子；氧氣作正極，發生還原反應，得到電子，所以負極加入的物質為CH3OH，電解質溶液為堿，在堿性環境中，O2+4e-+2H2O =4OH-；故答案為：CH3OH；O2+4e-+2H2O =4OH-。