Question

【題目】Ⅰ．甲醇燃料電池被認(rèn)為是21世紀(jì)電動(dòng)汽車(chē)最佳候選動(dòng)力源。

（1）101 kPa時(shí)，1 mol CH3OH液體完全燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放出熱量726.51 kJ，則表示甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為_______________________________。

（2）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應(yīng)原理是：

①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.0 kJ·mol-1 ②CH3OH(g)+ O2(g)= CO2(g)+2H2(g) △H2

已知H2(g)+ O2(g)===H2O(g) △H = —241.8kJ·mol-1，則反應(yīng)②的△H2=_____________。

（3）工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來(lái)合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室模擬該反應(yīng)并進(jìn)行分析。下圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線如右圖。

①該反應(yīng)的焓變ΔH______0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1_______K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（4）H2 和CO合成甲醇反應(yīng)為：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）（正反應(yīng)是放熱反應(yīng)）。在恒溫，體積為2L的密閉容器中分別充入1.2mol CO和1mol H2，10min后達(dá)到平衡，測(cè)得含有0.4mol CH3OH（g）。則達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度為_______；10min內(nèi)用H2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為_______；若要加快CH3OH的生成速率并提高CO的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施有________________（填一種合理的措施）。

（5） 二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學(xué)方程式為： CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H 。

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=___________。

②在恒容密閉容器中使CO2和H2（物質(zhì)的量之比為1∶3）發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中測(cè)得甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如下圖所示，則△H _________0（填“大于”或“小于”）

Answer 1

【答案】 CH3OH(l) + 3/2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(l) △H = -726.51 kJ/mol -192.8kJ/mol ＜ ＞ 0.4mol/L 0.04mol/（L·min） 增大壓強(qiáng)（增加H2的量） 小于

【解析】Ⅰ．（1）101 kPa時(shí)，1 mol CH3OH液體完全燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放出熱量726.51 kJ，則表示甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為CH3OH(l) + 3/2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(l) △H = -726.51 kJ/mol。

（2）①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.0 kJ·mol-1 ②CH3OH(g)+ O2(g)= CO2(g)+2H2(g) △H2 ③H2(g)+ O2(g)===H2O(g) △H = —241.8kJ·mol-1，由①+③可得到②，則反應(yīng)②的△H2= +49.0 kJ·mol-1 —241.8kJ·mol-1= -192.8 kJ·mol-1 。

（3）由圖像可知，T2先達(dá)平衡，所以T2>T1，溫度升高后，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低了，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其平衡常數(shù)隨溫度升高而減小。

①該反應(yīng)的焓變ΔH＜0。

②T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1＞K2。

（4）H2 和CO合成甲醇反應(yīng)為：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）（正反應(yīng)是放熱反應(yīng)）。在恒溫，體積為2L的密閉容器中分別充入1.2mol CO和1mol H2，10min后達(dá)到平衡，測(cè)得含有0.4mol CH3OH（g）。則CO減小了0.4mol，H2減少了0.8mol，達(dá)到平衡時(shí)CO的濃度為mol/L；10min內(nèi)用H2表示的化學(xué)反應(yīng)速率為 0.04mol/（L·min）；若要加快CH3OH的生成速率并提高CO的轉(zhuǎn)化率，因?yàn)檎�反�?yīng)氣體分子數(shù)減少，所以加壓對(duì)正反應(yīng)有利，另外增大另一種反應(yīng)物氫氣的濃度也可以提高CO的轉(zhuǎn)化率。所以可采取的措施有增大壓強(qiáng)（或增加H2的量）。注意不可采取降溫措施，因?yàn)榻禍睾蠡瘜W(xué)反應(yīng)速率減小。

（5）①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=。

②由圖可知，反應(yīng)過(guò)程中甲醇的體積分?jǐn)?shù)φ(CH3OH)在達(dá)到最高后隨反應(yīng)溫度升高而減小，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H小于0 。