Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，由CO2制備甲醇的過程可能涉及的反應如下：

反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58 kJmol－1

反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

反應Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=－90.77 kJmol－1

回答下列問題：

（1）甲醇熔融碳酸鹽電池是一種新型燃料電池，該電池以熔融的Na2CO3為電解質，寫出該電池負極的電極反應式：_____________________________

（2）恒容條件下，能表明反應I達到化學平衡狀態的是________。

a.混合氣體的密度不變 b.反應容器中甲醇的百分含量不變

c.反應物的反應速率與生成物的反應速率之比等于化學計量數之比

d.混合氣體的壓強不變

（3）反應Ⅱ的△H2=__________。

（4）在一定條件下2 L恒容密閉容器中充入3 mol H2和1.5 mol CO2，僅發生反應Ⅰ，溫度為500℃時，該反應10 min時達到平衡，CO2的平衡轉化率為60℅，用H2表示該反應的速率為____________。

（5）某研究小組將一定量的H2和CO2充入恒容密閉容器中并加入合適的催化劑（發生反應I、Ⅱ、Ⅲ），測得不同溫度下體系達到平衡時CO2的轉化率（a）及CH3OH的產率（b），如圖所示。

據圖可知當溫度高于260℃后，CO的濃度隨著溫度的升高而_________（填“增大”、“減小”、“不變”或“無法判斷”）。

Answer 1

【答案】 CH3OH- 6e- + 3CO32- =4CO2+2H2O bd +41.19 kJmol－1 0.135 mol·L－1·min－1 增大

【解析】（1）甲醇燃料電池的負極為甲醇失電子的反應，方程式為：CH3OH- 6e- + 3CO32- =4CO2+2H2O

（2）a.恒容條件下，氣體的密度等于氣體總質量除以總體積，氣體總質量不變，總體積也不變，所以密度始終不變，不能作為反應達到平衡的標志，故a錯誤；b. 甲醇的百分含量不變，說明各組分濃度不再變化，反應達到平衡，故b正確；c.各組分的正反應速率比始終等于化學計量數之比，故C錯誤；d.對于反應前后氣體物質的量變化的反應，壓強隨著反應改變，當反應達平衡時，壓強不再改變，故d正確；本題選bd。

（3）反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=49.58kJmol1，反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2，反應Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H3=90.77kJmol1，根據蓋斯定律：Ⅱ=ⅠⅢ得反應②的△H2=+41.19kJmol1。

（4）O2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初起量：1.5mol3mol00

變化量：0.9mol2.7mol0.9mol0.9mol

平衡量：0.6mol0.3mol0.9mol0.9mol

v=(2.7/2)/10=0.135molL1min1，故答案為：0.135molL1min1；

（5）反應I、反應III均為放熱反應,溫度升高不利于CO2、CO轉化為甲醇,反應II為吸熱反應,溫度升高使更多的CO2轉化為CO，所以當溫度高于260℃后，CO的濃度一定增大，故答案為：增大。