Question

【題目】用 CO2 生產(chǎn)綠色燃料甲醇時(shí)發(fā)生反應(yīng) A：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

(1)2CH3OH(g) + 3O2 (g)=2CO2(g) +4H2O(g) △H= -1365.0kJ/mol

H2(g)+O2 (g) =H2O(g) △H= -241.8 kJ/mol

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的反應(yīng)熱△H=_________。(寫出計(jì)算過(guò)程)

(2)在體積為 1 L 的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng) A，下圖是在三種投料[n(CO2)和n(H2)分別為1mol，3mol；1mol，4mol 和 1mol，6mol]下，反應(yīng)溫度對(duì)CO2平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線。

①曲線c對(duì)應(yīng)的投料是_____。

②T1℃時(shí)，曲線a對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)是_____。(寫出計(jì)算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后兩位)。

③500℃時(shí)，反應(yīng)A 的平衡常數(shù)K=2.5，T1℃_____500℃(填“高于”、“低于”或“等于”)。

(3)甲醇/過(guò)氧化氫燃料電池的工作原理示意圖如下：

①d電極上發(fā)生的是_____(填“氧化”或“還原”)反應(yīng)。

②物質(zhì)b是_____(填化學(xué)式)。

③寫出c電極的電極反應(yīng)式_____。

Answer 1

【答案】-42.9kJ/mol n(CO2)=1mol，n(H2)=6mol 0.52 高于 還原 H2O2 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

【解析】

根據(jù)蓋斯定律：②×3-×①得到焓變的值；當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物氫氣的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，根據(jù)相同溫度下的轉(zhuǎn)化率數(shù)值確定曲線；根據(jù)a曲線的轉(zhuǎn)化率和“三段式”計(jì)算平衡常數(shù)；反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，判斷溫度；根據(jù)氫離子的移動(dòng)方向確定正負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)。

(1)2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H= -1365.0kJ/mol

H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H= -241.8 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律：②×3-×①得：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=-42.9kJ/mol；

(2)①當(dāng)其他條件不變時(shí)，增大反應(yīng)物氫氣的濃度，平衡正向移動(dòng)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，由題給圖像知相同溫度下，曲線c二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率最大，故曲線c對(duì)應(yīng)的投料是n(CO2)=1mol，n(H2)=6mol；

②曲線a對(duì)應(yīng)的投料是n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol，T1℃時(shí)，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為60%，列出反應(yīng)的“三段式”

容器的體積為1L，各物質(zhì)的平衡濃度分別為：c(CO2)=0.4mol/L，c(H2)=1.2mol/L，c(CH3OH)=0.6mol/L，c(H2O)=0.6mol/L，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算，K==0.52，T1℃時(shí)，曲線a對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)是0.52；

③由(1)知反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，若500℃時(shí) ，反應(yīng)A的平衡常數(shù)K=2.5，T1℃高于500℃。

(3)①由甲醇/過(guò)氧化氫燃料電池的工作原理示意圖知，氫離子移向d電極，d電極為電池的正極，發(fā)生的是還原反應(yīng)；

②物質(zhì)b在d電極上發(fā)生還原反應(yīng)，物質(zhì)b是H2O2；

③c電極為電池的負(fù)極，甲醇在該電極上反應(yīng)氧化反應(yīng)生成二氧化碳，電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+ H2O=CO2+6H+。