Question

【題目】甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，工業(yè)上可通過CO和H2化合來制備甲醇：

（1）已知：①H2(g)＋1/2O2(g)H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ/mol；

②CO (g)＋1/2O2 (g)CO2 (g) ΔH2=－283kJ/mol

③CH3OH(g)＋3/2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－764.6 kJ/mol

則工業(yè)制備甲醇的可逆反應(yīng)熱化學(xué)方程式為_______________________________；

（2）恒溫恒容條件下，下列描述中能說明上述反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是__________。

A．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO的同時(shí)生成2n mol H2 B．ν(H2)正＝2ν(CH3OH)逆

C．容器內(nèi)氣體的密度保持不變 D．容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變

（3）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1 molCO和 2 molH2，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在250°C開始反應(yīng)，CO物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
n（CO）/mol	1.00	0.79	0.63	0.54	0.50	0.50

則從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以ν（H2）=________，該溫度下平衡常數(shù)K＝_______。

（4）加入催化劑后在250 ℃開始反應(yīng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)KM、KN、KQ的大小關(guān)系為___________________________。

②由M點(diǎn)到N點(diǎn)改變的外界條件是_________。

A、降低溫度 B、增大壓強(qiáng)

C、改用更好的催化劑 D、通入更多的CO

（5）25℃時(shí)以稀硫酸為電解質(zhì)溶液制成甲醇燃料電池，則負(fù)極的電極方程式為_________________________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-90 kJ/mol BD 0.025mol/(L·min) 4 (mol/L)-2 KM=KN>KQ B CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋

【解析】（1）反應(yīng)①×2＋反應(yīng)②－反應(yīng)③，得到：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-90 kJ/mol。

（2）單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO的同時(shí)生成2n mol H2，說的都是逆反應(yīng)，沒有說明正反應(yīng)的情況，所以選項(xiàng)A不能說明反應(yīng)達(dá)平衡。ν(H2)正＝2ν(CH3OH)逆，說明了兩個(gè)方向的速率，且速率比等于系數(shù)比，選項(xiàng)B能說明反應(yīng)達(dá)平衡。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，總質(zhì)量不變，總體積也不變，所以密度恒定不變，選項(xiàng)C不能說明反應(yīng)達(dá)平衡。恒容下，容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變，就是氣體的物質(zhì)的量不變，所以選項(xiàng)D能說明反應(yīng)達(dá)平衡。

（3），所以 = 0.025mol/(L·min)。根據(jù)題目數(shù)據(jù)可計(jì)算如下：

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

起始： 1 2 0

反應(yīng)： 0.5 1 0.5

平衡： 0.5 1 0.5

所以CO、H2和CH3OH的平衡濃度分別為：0.25mol/L、0.5mol/L和0.25mol/L，所以反應(yīng)的平衡常數(shù) (mol/L)-2。

（4）①由圖得到M、N、Q三點(diǎn)的溫度為：Q＞M＝N，因?yàn)榉磻?yīng)放熱，K值隨溫度上升而下降，所以M、N、Q三點(diǎn)的平衡常數(shù)KM、KN、KQ的大小關(guān)系為：KM=KN>KQ。

②題目中對(duì)該圖的描述是：CO的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。圖中橫坐標(biāo)是溫度，表示溫度對(duì)CO的平衡轉(zhuǎn)化率的影響，所以兩條曲線一定代表不同壓強(qiáng)，以表示壓強(qiáng)對(duì)于CO平衡轉(zhuǎn)化率的影響。所以M到N必須變化壓強(qiáng)，選項(xiàng)B正確。

（5）甲醇燃料電池的總反應(yīng)為：CH3OH + 3/2O2 = CO2 + 2H2O，因?yàn)殡娊赓|(zhì)為硫酸，所以正極反應(yīng)為：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O，總反應(yīng)減去正極反應(yīng)（注意將正極反應(yīng)擴(kuò)大3/2倍），得到負(fù)極反應(yīng)：CH3OH－6e－＋H2OCO2↑＋6H＋。