Question

【題目】CO2加氫合成甲醇的技術(shù)，對減少溫室氣體排放和減緩燃料危機具有重要意義，發(fā)生的主要反應如下：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

回答下列問題：

（1）已知：H2和CH3OH的燃燒熱分別為-285.8kJ·mol-1，-726.51kJ·mol-1；以及H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol-1；則該反應的△H=________________；

（2）該反應的平衡常數(shù)表達式為________________；

（3）在350℃時，體積為0.5L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2發(fā)生上述反應，測定出CH3OH的體積分數(shù)隨時間變化的曲線如圖所示：

①能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是__________________；

A．容器內(nèi)壓強不變 B．H2的體積分數(shù)不變 C．c(CH3OH)=c(H2O) D．容器內(nèi)密度不變

②氫氣在0~10min的平衡反應速率v(H2)=_________________________；

③在右圖中標出400℃時CH3OH的體積分數(shù)隨時間變化的曲線。

（4）科學家預言，燃料電池將是21世紀獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料用于軍事目的。一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作電極催化劑，在稀硫酸電解液中直接加入純化后的甲醇，同時向另一個電極通入空氣。試回答下列問題：

①這種電池放電時，b處通入______________，發(fā)生的電極反應方程式是_____________________。

②若電解液中的3molH+通過質(zhì)子交換膜，則消耗甲醇__________L(標準狀況)。

Answer 1

【答案】

（1）CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-86.89 kJmol-1

（2） K=

（3）①AB ② 0.45mol/(L·min) ③

（4）① 空氣 O2+4e-+4H+=2H2O ②11.2

【解析】

試題分析：（1）由H2(g)的燃燒熱△H為-285.8kJmol-1知，1molH2(g)完全燃燒生成1molH2O(l)放出熱量285.8kJ，即①H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJmol-1；②CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.51kJmol-1，③H2O(l)=H2O(g) △H=+44kJ·mol-1；由蓋斯定律可知，3×①-②+③得CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(g)△H=-86.89 kJmol-1；

（2）該反應的平衡常數(shù)表達式K=；

（3）①A．反應體系兩邊系數(shù)不等，反應進行的過程中氣體的物質(zhì)的量總和不斷變化，則容器內(nèi)壓強不變，說明氣體總物質(zhì)的量不變，是平衡狀態(tài)，故A正確；B．反應體積中H2的體積分數(shù)不變，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；C．隨著反應的進行c(CH3OH)=c(H2O)始終成立，故不一定是平衡狀態(tài)，故C錯誤；D．密度等于質(zhì)量除去體積，質(zhì)量和體積始終是定值，則容器內(nèi)密度不變不一定是平衡狀態(tài)，故D錯誤；答案為AB。

② CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始物質(zhì)的量（mol） 1 3 0 0

變化物質(zhì)的量（mol） x 3x x x

平衡物質(zhì)的量（mol） 1-x 3-3x x x

平衡時CH3OH的體積分數(shù)為×100%=30%，解得x=0.75，氫氣在0~10min的平衡反應速率v(H2)= =0.45mol/(L·min)；

③CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H=-86.89 kJmol-1 是放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，達到新平衡時CH3OH的體積分數(shù)減小，但達到平衡需要的時間縮短了，具體如圖；

（4）①原電池工作時電子由負極經(jīng)外電路流向正極，H+向正極移動，負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，由b處通入的為空氣，發(fā)生的電極反應方程式為O2+4e-+4H+=2H2O；

②若電解液中的3molH+通過質(zhì)子交換膜，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為3mol，被氧化的甲醇的物質(zhì)的量=0.5mol，標準狀況下體積為22.4L/mol×0.5mol=11.2L。