Question

【題目】煤的主要組成元素是碳、氫、氧、硫、氮，燃煤產生CxHy、SO2等大氣污染物，煤的氣化是高效、清潔利用煤炭的重要途徑之一。回答下列問題:

（1）利用煤的氣化獲得的水煤氣( 主要成分為CO、CO2和H2 )在催化劑作用下可以合成綠色燃料甲醇。

已知: H2O(1) = H2O(g) ΔH1= +44 .0kJ/mol

CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(l) ΔH2=-3.0kJ/mol

CO2(g)+3H2(g) = CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=-58.7 kJ/mol

寫出由CO與H2制備CH3OH 氣體的熱化學方程式____________。

（2）甲醇和CO2可直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3簡稱DMC) ;

2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0

①該化學反應的平衡常數表達式為K=__________

②在恒溫恒容密閉容器中發生上述反應,能說明反應達到平衡狀態的是________(填編號)。

A.V正(CH3OH)= 2V逆(H2O)

B.容器內氣體的密度不變

C.容器內壓強不變

D.CH3OH與CO2的物質的量之比保持不變

（3）利用甲醇可制成微生物燃料電池(利用微生物將化學能直接轉化成電能的裝置)。某微生物燃料電池裝置如圖所示:

A極是_____極(填“正”或“負”)，其電極反應式是_______。該電池不能在高溫下工作的理由是________。

（4）一定條件下，在體積為5 L的密閉容器中，一氧化碳與氫氣反應生成甲醇（催化劑為Cu2O/ZnO）：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)根據題意完成下列各題：

①在500℃，從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)＝________________

②在其他條件不變的情況下，對處于E點的體系體積壓縮到原來的1/2，下列有關該體系的說法正確的是_____

A．氫氣的濃度減少

b.正反應速率加快，逆反應速率也加快

c. 甲醇的物質的量增加

d. 重新平衡時n(H2)/n(CH3OH)增大

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1AC負極CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2高溫能使微生物蛋白質凝固變性2nB/5tBmol·(L·min)－1b c

【解析】

(1)①CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH 1 = 58.7 kJ·mol-1，②CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g)ΔH2 = + 41.0 kJ·mol-1，根據蓋斯定律，將①-②得：CO(g) + 2H2(g)=CH3OH(g)△H =( 58.7 kJ·mol-1)-(+ 41.0 kJ·mol-1)= 99.7 kJ·mol-1；(2)根據2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) △H4<0，①其平衡常數表達式為K=；②根據平衡狀態的判斷依據，A、當v正(CH3OH)= 2v逆(H2O)時，反應已達平衡；B、由于容器體積不變，氣體質量守恒，所以氣體密度始終都不變，當容器內氣體密度不變時不能說明反應已達平衡；C、由于反應前后氣體物質的量不等，由壓強之比等于物質的量之比，當壓強不變時，說明反應已達平衡；D、CH3OH與CO2的物質的量之比取決于起始時加入量之比，若加入量與系數比相等，則任何時候CH3OH與CO2的物質的量之比都不變，所以CH3OH與CO2的物質的量之比保持不變時不能說明反應已達平衡。答案選AC；（3）由電池裝置圖可知，該電池是甲醇燃料電池，由于使用了質子交換膜，所以電解質是酸性的，通入還原劑甲醇的電極A是負極，其電極反應式是CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2；高溫能使微生物蛋白質凝固變性，故該電池不能在高溫下工作；（4）①由圖象可知，在500℃時，時間達到tB時，甲醇的物質的量為nB，所以甲醇的反應速率υ（CH3OH）＝ mol·(L·min)－1，故氫氣的平均反應速率v(H2)＝ mol·(L·min)－1；②在其他條件不變的情況下，將處于E點的體系的體積壓縮到原來的，容器的體積減小，則壓強增大，正逆反應速率都增大，平衡向正向移動，甲醇的物質的量增多，氫氣的物質的量減小，但由于體積減小，平衡時氫氣的濃度反而增大，所以答案選b、c。