Question

【題目】甲醇是一種重要的工業(yè)原料，利用甲醇可以制氫氣．

Ⅰ．甲醇與水蒸氣反應(yīng)可以直接制得氫氣．

已知CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H＞0，一定條件下，向體積為2L的恒容器密閉容器中充入1.2molCH3OH（g）和2.8molH2O（g），實驗測得，反應(yīng)共吸收的能量和甲醇的體積分數(shù)隨時間變化的曲線圖象如圖1．

（1）從反應(yīng)開始至平衡，H2的平均反應(yīng)速率為___________．

（2）該條件下，CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）的△H=__________，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為__________．

（3）在D點時，將容器的體積壓縮為原來的一半，同時再充入7.2mol的H2O（g），CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）平衡_________________移動（填“往左”、“往右”或“不”）．

Ⅱ．將甲醇燃料電池高溫電解等物質(zhì)的量的H2O﹣CO2混合氣體可以間接制備H2．其基本原理如圖2所示．

（4）甲醇燃料電池以酸性溶液為電解質(zhì)，寫出電池負極的電極反應(yīng)式_________．

（5）電解池中發(fā)生的總反應(yīng)方程式為_________________．

（6）當(dāng)質(zhì)子交換膜中通過的H+數(shù)目為4.816×1023時，理論上電解池中產(chǎn)生的H2為_______________L（標準狀況）．

Answer 1

【答案】0.03mol/（L·s） +49.4kJ/mol 0.09（mol/L）2 不 CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+ H2O+CO2H2+CO+O2 4.48

【解析】

（1）通過三段式求取濃度變化，再根據(jù) 計算；

（2）參加反應(yīng)的n（CH3OH）=0.2mol/L×2L=0.4mol，有0.4mol甲醇反應(yīng)吸收19.76kJ熱量，據(jù)此計算1mol甲醇反應(yīng)吸收的熱量；化學(xué)平衡常數(shù) ；

（3））根據(jù)濃度商與化學(xué)平衡常數(shù)相對大小確定反應(yīng)方向，如果濃度商等于平衡常數(shù)，則平衡不移動；

（4）甲醇燃料酸性電池中，負極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；

（5）電解池中，反應(yīng)物是水和二氧化碳，生成物是氫氣、CO和氧氣；

（6）串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計算生成氫氣體積．

反應(yīng)前c（CH3OH）=1.2mol/2L=0.6mol/L、c（H2O）=2.8mol/L=1.4mol/L，設(shè)參加反應(yīng)的c（CH3OH）為xmol/L，列三段式：

根據(jù)圖知，反應(yīng)后甲醇的體積分數(shù)占1/6，相同條件下體積之比等于其物質(zhì)的量之比，所以甲醇的物質(zhì)的量分數(shù)= ，x=0.2則生成c（H2）=3x=3×0.2mol/L=0.6mol/L，故v（H2）=0.6mol/20s=0.03mol/（L·s）；

（2）參加反應(yīng)的n（CH3OH）=0.2mol/L×2L=0.4mol，有0.4mol甲醇反應(yīng)吸收19.76kJ熱量，據(jù)此計算1mol甲醇反應(yīng)吸收的熱量=19.76kJ/0.4mol=+49.4kJ/mol；化學(xué)平衡常數(shù)=0.09（mol/L）2;故答案為：+49.4kJ/mol；0.09（mol/L）2；

（3）再充入7.2mol水蒸氣，c（H2O）=7.2mol/1L==7.2mol/L，縮小容器體積時，c（CH3OH）=0.8mol/L、c（H2O）=9.6mol/L、c（CO2）=0.4mol/L、c（H2）=1.2mol/L，濃度商=，其濃度商等于化學(xué)平衡常數(shù)，所以平衡不移動，故答案為：不；

（4）甲醇燃料酸性電池中，負極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，故答案為：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；

（5）電解池中，反應(yīng)物是水和二氧化碳，生成物是氫氣、CO和氧氣，故答案為：；

（6）串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移電子相等，正極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O，通過離子交換膜的氫離子是4，當(dāng)質(zhì)子交換膜中通過的H+數(shù)目為4.816×1023時，即通過的氫離子物質(zhì)的量=0.8mol，轉(zhuǎn)移0.8mol電子得到0.8mol電子，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等得生成氫氣體積=(0.8mol/4)×1×22.4L/mol=4.48L，故答案為：4.48。