Question

【題目】（題文）甲醇是重要的化工原料，CO和CO2均可用于合成甲醇。用CO2來生產(chǎn)甲醇的反應(yīng)方程式為：CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g) △H1

（1）已知：

2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g) △H2

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) △H3

則CO(g)+ 2H2(g)＝CH3OH(g) △H4＝_______

（2）由CO合成甲醇時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。P點(diǎn)和Q點(diǎn)的平衡常數(shù)的大小KP____ KQ (填“大于”、“小于”或“等于”)。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×104kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是________________。

（3）一定溫度下，向2 L密閉容器中加入1 mol CH3OH(g)，發(fā)生反應(yīng)CH3OH(g) ＝CO(g)+ 2H2(g)，CO的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化如圖所示。

①反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是___________。

A．氣體的密度不變

B．氣體的壓強(qiáng)保持不變

C．υ正（CH3OH）=2υ正(H2)

D．υ正(H2)=2υ逆（CO）

②該溫度下，CO(g)+ 2H2(g)＝CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=_________。

③若在t1時(shí)刻再加入1mol CH3OH(g)，在t2 時(shí)刻重新達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)趫D上畫出CO的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線（不要求計(jì)算具體數(shù)值，畫出變化的趨勢(shì)和范圍即可）_______。

（4）以CH3OH為燃料(以KOH溶液作電解質(zhì)溶液)可制成CH3OH燃料電池。負(fù)極的電極反應(yīng)式為_________________________。

Answer 1

【答案】△H1+△H2—△H3大于在1.3×104kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，沒必要再增加壓強(qiáng)使生產(chǎn)成本增加BD4L2·mol-2CH3OH-6e-+8OH-＝CO32-+6H2O

【解析】

(1)①CO2(g)+3H2(g)＝CH3OH(g)+H2O(g) △H1，②2CO(g)+O2(g)＝2CO2(g)△H2，③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)△H3，根據(jù)蓋斯定律，將①+×②-×③得：CO(g)+ 2H2(g)＝CH3OH(g) △H4＝△H1+△H2-△H3，故答案為：△H1+△H2-△H3；

(2)從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)0.5處，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)，因此P點(diǎn)和Q點(diǎn)的平衡常數(shù)的大小KP大于KQ；工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟(jì)效益，要考慮速度和效率，壓強(qiáng)越大需要的條件越高，花費(fèi)越大，故答案為：大于；在1.3×104kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，沒必要再增加壓強(qiáng)使生產(chǎn)成本增加；

(3)①A．容器的體積不變，氣體的質(zhì)量不變，氣體的密度始終不變，不能判斷是平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；B．該反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，氣體的體積不變，氣體的壓強(qiáng)保持不變時(shí)，說明氣體的物質(zhì)的量保持不變，能夠說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；C．υ正(CH3OH)=2υ正(H2)均為正反應(yīng)速率，不能說明正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，故錯(cuò)誤；D．υ正(H2)=2υ逆(CO)表示正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；故選BD；

②CH3OH(g)CO(g)+2H2(g)

起始(mol/L )0.5 0 0

反應(yīng)(mol/L )0.25 0.25 0.5

平衡(mol/L )0.25 0.25 0.5

K==0.25(mol/L)2，則CO(g)+ 2H2(g)＝CH3OH(g)的平衡常數(shù)K==4 L2·mol-2；

③若在t1時(shí)刻再加入1mol CH3OH(g)，CO的體積分?jǐn)?shù)突然減小，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CO的體積分?jǐn)?shù)又逐漸增大，但再加入1mol CH3OH(g)，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，逆向移動(dòng)，達(dá)到新平衡時(shí)，CO的體積分?jǐn)?shù)小于0.25，CO的體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化的曲線如圖，故答案為：；

(4)甲燃料堿性電池中，總反應(yīng)為2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O，加入燃料的電極是負(fù)極，所以加入甲醇的電極是負(fù)極，充入氧氣的電極是正極，正極反應(yīng)式為3O2+12e-+6H2O=12OH-，用電池反應(yīng)方程式減去正極，得到負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O。