甲醇可作為燃料電池的原料.通過下列反應(yīng)可以制備甲醇:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=-90.8kJ?mol-1
在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO 和20mol H2,CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)、壓強(P)的變化如圖1所示,當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A 時,容器的體積為20L.
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(1)T1℃反應(yīng)的平衡常數(shù)為
 

(2)圖中P1
 
 P2(填“>”、“<”或“=”).
(3)如反應(yīng)開始時仍充入10mol CO和20mol H2,則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V(B)=
 
L.
(4)關(guān)于反應(yīng)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)在化學(xué)平衡狀態(tài)時的描述正確的是
 
(填字母,下同).
A.CO的含量保持不變           B.容器中CH3OH濃度與CO濃度相等
C.2v(CH3OH)=v(H2)     D.容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
(5)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),按照相同的物質(zhì)的量投料,測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖2所示.下列說法正確的是
 

A.溫度:T1<T2<T3
B.正反應(yīng)速率:v(a)>ν(c); v(b)>v(d)
C.平衡常數(shù):K(a)=K(c); K(b)>K(d)
D.平均摩爾質(zhì)量:M(a)<M(c); M(b)>M(d)
(6)已知CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H=+41.3kJ?mol-1,試寫出由CO2和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式
 

(7)以甲醇、CO2、空氣、熔融鹽K2CO3組成燃料電池,寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式:
 
分析:(1)T1℃利用A點時CO的轉(zhuǎn)化率,結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式,計算化學(xué)平衡常數(shù);
(2)正反應(yīng)方向為氣體體積減小的方向,T1℃時比較CO的轉(zhuǎn)化率,轉(zhuǎn)化率越大,則壓強越大;
(3)A、B反應(yīng)溫度相等,則平衡常數(shù)相等,利用平衡常數(shù)計算;
(4)平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同,各成分濃度保持不變分析判斷選項;
(5)A.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,CO的轉(zhuǎn)化率越大;
B.由圖可知,a、c兩點壓強相同,平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,CO的轉(zhuǎn)化率越大,故溫度T1<T3,溫度越高,反應(yīng)速率越快;b、d兩點壓強相同,溫度越高,反應(yīng)速率越大;
C.由圖可知,a、c兩點壓強相同,平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),故溫度T1<T3,降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動,K值增大.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),b、d兩點溫度相同,平衡常數(shù)相同;
D.CO轉(zhuǎn)化率的越大,n越小,由M=
m
n
,判斷;
(6)利用蓋斯定律,消去兩個熱化學(xué)方程式中的CO,可得到答案;
(7)該燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),則1molCH3OH失去電子,轉(zhuǎn)化為CO2,共失去6mole-,電解質(zhì)溶液中含有CO32-,得到電極反應(yīng)式.
解答:解:(1)T1℃利用A點時CO的轉(zhuǎn)化率為50%,則CO轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度為:
10mol
20L
×50%
=0.25mol/L,H2、CH3OH轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度分別為:0.5mol/L、0.25mol/L,平衡時,CO、H2、CH3OH濃度分別為:0.25mol/L、
20mol
20L
-0.5mol/L
=0.5mol/L、0.25mol/L,K=
0.25mol/L
0.25mol/L×(0.5mol/L)2
=4 L2?mol-2,故答案為:4 L2?mol-2;
(2)正反應(yīng)方向為氣體體積減小的方向,T1℃時比較CO的轉(zhuǎn)化率,轉(zhuǎn)化率越大,則壓強越大,圖象中P2轉(zhuǎn)化率大于P1,可知P1<P2,故答案為:<;
(3)A、B兩容器溫度相同,即化學(xué)平衡常數(shù)相等,且B點時CO的轉(zhuǎn)化率為0.8,
則            CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
起始(mol):10     20         0
轉(zhuǎn)化(mol):8      16         8
平衡(mol):2       4         8
設(shè)體積為VL,則有K=
8
V
2
V
?(
4
V
)2
=4,V=4L,
故答案為:4;
(4)CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),
A.CO的含量保持不變,說明反應(yīng)達(dá)到平衡,故A正確;
B.容器中CH3OH濃度與CO濃度相等,與消耗量和起始量有關(guān)反應(yīng)不一定達(dá)到平衡,故B錯誤;
C.反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比是正反應(yīng)速率之比,2V(CH3OH)=V(H2),若2V(CH3OH)=V(H2)說明V(H2)=V(H2)說明反應(yīng)達(dá)到平衡,故C正確;
D.混合氣體質(zhì)量不變,反應(yīng)前后體積不同,反應(yīng)過程中密度變化,容器中混合氣體的密度保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡,故D正確;
故答案為:ACD;   
(5)A.該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,CO的轉(zhuǎn)化率越大,則T1<T2<T3,故A正確;
B.由圖可知,a、c兩點壓強相同,平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越低,CO的轉(zhuǎn)化率越大,故溫度T1<T3,溫度越高,反應(yīng)速率越快,故υ(a)<υ(c).b、d兩點溫度相同,壓強越大,反應(yīng)速率越大,b點大于d點壓強,則v(b)>v(d),故B錯誤;
C.由圖可知,a、c兩點壓強相同,平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),故溫度T1<T3,降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動,則K(a)>K(c),平衡常數(shù)只與溫度有關(guān),b、d兩點溫度相同,平衡常數(shù)相同,則K(b)=K(d),故C錯誤;
D.CO轉(zhuǎn)化率的越大,n越小,由M=
m
n
,可知,a點n小,則M(a)>M(c),M(b)>M(d),故D錯誤;
故選A;
(6)利用蓋斯定律,消去兩個熱化學(xué)方程式中的CO,可得到答案,寫出熱化學(xué)方程式為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5 kJ?mol-1,
故答案為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.5 kJ?mol-1;
(7)該燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),則甲醇失去電子,用電解質(zhì)溶液中的CO32-,得到電極反應(yīng)式:CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2+2H2O,故答案為:CH3OH-6e-+3CO32-=4CO2+2H2O.
點評:本題考查蓋斯定律,圖象分析以及三段式計算的應(yīng)用等,考查范圍廣,難度中等,對于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷和電極反應(yīng)式是高考的熱點,能夠熟練應(yīng)用.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:

(1)甲醇可作為燃料電池的原料.以CH4和H2O為原料,通過下列反應(yīng)來制備甲醇.
Ⅰ:CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)△H=+206.0kJ?mol-1
Ⅱ:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ?mol-1
CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH (g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為
CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1
CH4(g)+H2O(g)=CH3OH (g)+H2(g)△H=+77.0 kJ?mol-1

(2)甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染,有一種電化學(xué)法可消除這種污染,其原理是:通電后,將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化.實驗室用如圖裝置模擬上述過程:
①寫出陽極電極反應(yīng)式
Co2+-e-=Co3+
Co2+-e-=Co3+

②寫出除去甲醇的離子方程式
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+

(3)寫出以NaHCO3溶液為介質(zhì)的Al-空氣原電池的電極反應(yīng)式負(fù)極
Al-3e-+3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2
Al-3e-+3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:閱讀理解

甲醇可作為燃料電池的原料.以CH4和H2O為原料,通過下列反應(yīng)反應(yīng)來制備甲醇.
反應(yīng)I:CH4 (g)+H2O (g)=CO (g)+3H2 (g)△H=+206.0kJ?mol-1
反應(yīng)II:CO (g)+2H2 (g)=CH3OH (g)△H=-129.0kJ?mol-1
(1)CH3OH (g)和H2(g)反應(yīng)生成CH4(g)與H2O(g)的熱化學(xué)方程式為
CH3OH (g)+H2(g)=CH4(g)+H2O(g)△H=-77.0 kJ?mol-1
CH3OH (g)+H2(g)=CH4(g)+H2O(g)△H=-77.0 kJ?mol-1

(2)將1.0mol CH4和2.0mol H2O ( g )通入容積固定為10L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,測得在一定的壓強下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1.
①假設(shè)100℃時達(dá)到平衡所需的時間為5min,則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為
0.03 mol?L-1?min-1
0.03 mol?L-1?min-1

②100℃時反應(yīng)I的平衡常數(shù)為
2.25×10-2
2.25×10-2

③可用來判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志有
A D
A D
.(填字母)
A.CO的含量保持不變                  
B.容器中CH4濃度與CO濃度相等
C.容器中混合氣體的密度保持不變       
D.3V(CH4)=V(H2
(3)按照反應(yīng)II來生成甲醇,按照相同的物質(zhì)的量投料,測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖2所示.下列說法正確的是
C
C

A.溫度:T1>T2>T3
B.正反應(yīng)速率:ν(a)>ν(c); ν(b)>ν(d)
C.平衡常數(shù):K(a)>K(c); K(b)=K(d)
D.平均摩爾質(zhì)量:M(a)<M(c); M(b)>M(d)
(4)工業(yè)上利用甲醇制備氫氣的常用方法之一為:甲醇蒸汽重整法.該法中的一個主要反應(yīng)為CH3OH(g)?CO(g)+2H2(g),此反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的原因是
該反應(yīng)是一個熵增的反應(yīng)
該反應(yīng)是一個熵增的反應(yīng)

(5)甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染,有一種電化學(xué)法可消除這種污染,其原理是:通電后,將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化.實驗室用圖3裝置模擬上述過程:
①寫出陽極電極反應(yīng)式
Co2+-e-=Co3+
Co2+-e-=Co3+

②寫出除去甲醇的離子方程式
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6 Co2++6H+
6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6 Co2++6H+

③若3圖裝置中的電源為甲醇-空氣-KOH溶液的燃料電池,則電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為:
CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O
CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O

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科目:高中化學(xué) 來源:2013屆浙江省杭州市高三上學(xué)期期中七校聯(lián)考化學(xué)試卷(帶解析) 題型:填空題

(8分)(1)甲醇可作為燃料電池的原料。以CH4和H2O為原料,通過下列反應(yīng)來制備甲醇。
I:CH4 ( g ) + H2O ( g )=CO ( g ) + 3H2 ( g )   △H =+206.0 kJ·mol1
II:CO ( g ) + 2H2 ( g )=CH3OH ( g )       △H=—129.0 kJ·mol1
CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH (g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為                                
(2)甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染,有一種電化學(xué)法可消除這種污染,其原理是:通電后,將Co2+氧化成Co3+,然后以Co3+做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO2而凈化。實驗室用右圖裝置模擬上述過程:

①寫出陽極電極反應(yīng)式                                  
②寫出除去甲醇的離子方程式                            。
(3)寫出以NaHCO3溶液為介質(zhì)的Al—空氣原電池的電極反應(yīng)式
負(fù)極                                                   。

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科目:高中化學(xué) 來源:2012-2013學(xué)年廣東省湛江市畢業(yè)班調(diào)研測試?yán)砭C化學(xué)試卷(解析版) 題型:計算題

甲醇可作為燃料電池的原料。以CH4和H2O為原料,通過下列反應(yīng)來制備甲醇。

I:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)    △H=+206.0kJ•molˉ1

II:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)    △H=-129.0kJ•molˉ1

(1)CH4(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CH3OH(g)和H2(g)的熱化學(xué)方程式為              。

(2)將1.0mol CH4和1.0mol H2O(g)通入容積為100 L的反應(yīng)室,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,測得在一定的壓強下CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖。

①假設(shè)100℃時達(dá)到平衡所需構(gòu)時間為5min,則用H2表示該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率為                。

②1000C時反應(yīng)I的平衡常數(shù)為                  。

(3)在壓強為0.1 MPa、溫度為300℃條件下,將a molCO與2a mol H2的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)II生成甲醇,平衡后將容器舶容積壓縮到原來的1/2,其他條件不變,對平衡體系產(chǎn)生的影響是              (填字母序號)。

A.平衡常數(shù)K增大             B.正反應(yīng)速率加快,逆反應(yīng)速率減慢

C.CH3OH的物質(zhì)的量增加        D.重新平衡c(H2)/c(CH3OH)減小

(4)甲醇對水質(zhì)會造成一定的污染,有一種電化學(xué)法可消除這種污染,其原理是:通電后,將CO2+氧化成CO3+,然后以CO3+做氧化劑再把水中的甲醇氧化成CO2而凈化。若下圖裝置中的電源為甲醇-空氣-KOH溶液的燃料電池,則電池正極的電極反應(yīng)式:                        ,該電池工作時,溶液中的OHˉ向         極移動。凈化含1mol甲醇的水,燃料電池轉(zhuǎn)移電子         mol。

 

 

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