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(g) 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

③一定條件下分別向甲，乙、丙三個恒容密閉容器中加入一定量的初始物質發生該反應，各容器中溫度、反應物的起始量如下表，反應過程中DMC的物質的量濃度隨時間變化如圖所示:

容器	甲	乙	丙
容積(L)	0.5	0.5	V
溫度(℃)	T1	T2	T3
起始量	1molCO2(g) 2molCH3OH(g)	1molDMC(g) 1molH2O(g)	2molCO2(g) 2molCH3OH(g)

甲容器中，在5-15min時的平均反應速率v(CO2)=___________.乙容器中，若平衡時n(CO2)=0.2mol.則T1_____T2 (填“>”“<”或“=”)。兩容器的反應達平衡時CO2的轉化率: 甲________丙(填“>”“<."或”=”)。

（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________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1 AC 0.05mol·L-l·min-1 > > 負極 CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2 高溫能使微生物蛋白質凝固變性

【解析】試題分析：(1)根據蓋斯定律計算由CO與H2制備CH3OH 氣體焓變；（2）①根據化學平衡常數定義寫表達式；②根據平衡標志分析；③根據圖示，甲容器中，在5-15min時CH3OCOOCH3的濃度變化是0.5mol/L，則CO2的濃度變化為0.5mol/L；甲容器中，達到平衡時，CH3OCOOCH3的濃度是1.5mol/L，物質的量是1.5mol/L×0.5L=0.75mol，消耗CO20.75mol，剩余CO2 0.25mol；丙中2molCH3OH(g)生成CH3OCOOCH3的物質的量小于1mol，CH3OCOOCH3的平衡濃度是3mol/L，所以丙容器的體積小于 ；（3）燃料電池裝置中氫離子移向B電極，所以B是正極、A是負極；負極甲醇失電子；高溫能使微生物蛋白質變性。

解析：(1)①H2O(1) = H2O(g) ΔH1= +44 .0kJ/mol

②CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(l) ΔH2=-3.0kJ/mol

③CO2(g)+3H2(g) = CH,OH(g)+H2O(g) ΔH3=-58.7 kJ/mol

根據蓋斯定律③-②-①得 CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1；（2）① 2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)的平衡常數表達式是；②V正(CH3OH)= 2V逆(H2O)，正逆反應速率相等，所以達到平衡狀態，故A正確；根據 ，氣體密度是恒量，所以容器內氣體的密度不變，不一定平衡，故B錯誤；反應前后氣體系數和改變，壓強是變量，所以容器內壓強不變，一定達到平衡狀態，故C正確；若甲醇、二氧化碳的初始投料比為2:1，則CH3OH與CO2的物質的量之比始終是2:1，所以CH3OH與CO2的物質的量之比保持不變，不一定平衡，故D錯誤。③根據圖示，甲容器中，在5-15min時CH3OCOOCH3的濃度變化是0.5mol/L，則CO2的濃度變化為0.5mol/L，所以v(CO2)= 0.5mol/L÷10min=0.05mol·L-l·min-1；根據一邊倒原則，甲乙投料相同；甲容器中，達到平衡時，剩余CO2 0.25mol，乙容器剩余CO2 0.2mol，甲乙相比，相當于乙平衡正向移動，正反應放熱，所以溫度T1>T2；丙中2molCH3OH(g)生成CH3OCOOCH3的物質的量小于1mol，CH3OCOOCH3的平衡濃度是3mol/L，所以丙容器的體積小于 ；丙中CO2的轉化率小于0.5，甲中CO2的轉化率等于0.75 ，CO2的轉化率甲>丙；（3）燃料電池裝置中氫離子移向B電極，所以B是正極、A是負極；負極甲醇失電子，電極反應式是CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2；高溫能使微生物蛋白質變性，所以該電池不能在高溫下工作。