Question

【題目】(1)甲醇一空氣燃料電池(DMFC)是一種高效能、輕污染的車(chē)載電池，其工作原理如圖甲所示，該電池中正極的電極反應(yīng)式為_____。

(2)工業(yè)上合成甲醇一般采用下列反應(yīng)：，，圖乙是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)：

①由圖中數(shù)據(jù)判斷a_______0(填“＞”“＝”或“＜”)。

②某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L的恒容密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)＝0.5mol·L－1，則此時(shí)的溫度為________℃。

(3)T℃時(shí)，在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：，各物質(zhì)的濃度變化如圖丙所示：

①反應(yīng)從0min到3min之間，CH3OH的反應(yīng)速率為________________。

②CO在0～1min和1～3min時(shí)平均反應(yīng)速率[平均反應(yīng)速率分別以v(0～1)，v(1～3)表示]的大小為_____________________________。

(4)目前工業(yè)上有一種方法是用CO2和H2在230℃、催化劑條件下轉(zhuǎn)化生成甲醇蒸氣和水蒸氣。圖丁表示恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2反應(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)化率達(dá)80％的能量變化示意圖。寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_________________________________。

Answer 1

【答案】O2+4e-+4H+=2H2O ＜ 310℃ 0.2mol/（L·min） ＞ CO2+3H2＝CH3OH+H2O H=-49kJ/mol

【解析】

(1)根據(jù)圖像可知，正極上氧氣得電子，與質(zhì)子結(jié)合生成水；

(2)根據(jù)圖像信息，確定K及溫度的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算；

(3)①根據(jù)圖像可知，0～3mim時(shí)甲醇的濃度變化為0.6mol/L；

②CO為反應(yīng)物，開(kāi)始濃度大，反應(yīng)速率快，平均值也快，隨反應(yīng)的進(jìn)行濃度逐漸減小，反應(yīng)速率減慢，平均值降低；

(4)反應(yīng)方程式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O，根據(jù)參加反應(yīng)的二氧化碳的物質(zhì)的量計(jì)算焓變。

(1)根據(jù)圖像可知，正極上氧氣得電子，與質(zhì)子結(jié)合生成水，電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O；

(2)①根據(jù)圖乙可知，升高溫度，K減小，平衡逆向移動(dòng)，則逆向反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正方應(yīng)放熱，H＜0；

② CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

初始（mol）：2 6 0

反應(yīng)（mol）：1 2 1

平衡（mol）：1 4 1

K=0.5/（22×0.5）=0.25，溫度為310℃；

(3)①根據(jù)圖像可知，0～3mim時(shí)甲醇的濃度變化為0.6mol/L，v（CH3OH）=0.6mol/L÷3min=0.2mol/（L·min）；

②CO為反應(yīng)物，開(kāi)始濃度大，反應(yīng)速率快，平均值也快，隨反應(yīng)的進(jìn)行濃度逐漸減小，反應(yīng)速率減慢，平均值降低，則v(0～1)＞v(1～3)；

(4)反應(yīng)方程式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O，二氧化碳為0.5mol，轉(zhuǎn)化率為80％，則參加反應(yīng)的物質(zhì)的量為0.4mol，釋放的熱量為23 kJ-3.4 kJ=19.6kJ，因此1mol時(shí)釋放19.6kJ÷0.4＝49kJ，則H=-49kJ/mol，因此該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O H=-49kJ/mol。