Question

【題目】甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料，可制作燃料電池。

（1）為探究用CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2, 一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1T1溫度下，測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如下圖。

請(qǐng)回答：

①?gòu)姆磻?yīng)開始到平衡，氫氣的反應(yīng)速率v(H2)＝_____________________。

②能夠說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是____________(填字母序號(hào)，下同)。

A．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化

B．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化

C．一定條件下，CO2、和CH3OH的濃度相等

D．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗3 mol H2的同時(shí)生成1 mol CH3OH

③下列措施中能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是______________。

A．加入催化劑 B．充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大

C．升高溫度 D．將H2O(g)從體系中分離

④求此溫度(T1)下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1＝____________(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。

⑤另在溫度(T2)條件下測(cè)得平衡常數(shù)K2，已知T2＞T1，則K2______K1(填“＞”、“＝”或“＜”)。

（2）已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH1

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2

則1 mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時(shí)反應(yīng)的ΔH＝_________(用含ΔH1、ΔH2的式子表示)。

（3）用甲醇在熔融的碳酸鹽中也可制作成燃料電池，該燃料電池的正極通入的物質(zhì)是__________________(填化學(xué)式)

Answer 1

【答案】 0.225 mol·L－1·min－1 A D 5.33 ＜ (ΔH1－ΔH2)/2 O2、CO2

【解析】（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H2）==0.225mol/（Lmin）

②A．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化，反應(yīng)兩邊氣體體積不相等，壓強(qiáng)不變，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故A正確；B．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化，混合氣體的質(zhì)量不變，容器的容積不變，所以氣體的密度始終不變，所以密度不變，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；C．一定條件下，CO2、和CH3OH的濃度相等時(shí)，沒(méi)有達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；D．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗3molH2的同時(shí)生成1mol CH3OH，表示的是正逆反應(yīng)速率，無(wú)法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，故D錯(cuò)誤；故選A。

③使n（CH3OH）/n（CO2）應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，A、加入催化劑，催化劑不影響化學(xué)平衡，n（CH3OH）/n（CO2）不變，故A錯(cuò)誤，B、充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，容器的容積不變，反應(yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動(dòng)，n（CH3OH）/n（CO2）不變，故B錯(cuò)誤，C、升高溫度，該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，n（CH3OH）/n（CO2）減小，故C錯(cuò)誤，D、將H2O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，n（CH3OH）/n（CO2）增大，，故D正確；故答案為：D；

④達(dá)到平衡時(shí)，c（CO2）=0.25mol/L，c（CH3OH）=0.75mol/L，c（H2O）根據(jù)反應(yīng)方程式，反應(yīng)氫氣的消耗濃度為二氧化碳的3倍，所以平衡狀態(tài)時(shí)氫氣的濃度為：0.75mol/L；c（H2O）=0.75mol/L，該溫度下的平衡常數(shù)為：K=≈5.33；⑤在溫度（t2）條件下測(cè)得平衡常數(shù) K2，已知t2＞t1，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向著逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)將減小，故答案為：＜

（2）燃料原電池中，甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以通入燃料甲醇的電極為負(fù)極；充入O2電極的反應(yīng)式為氧氣得到電子生成了氫氧根離子，電極反應(yīng)為：3O2+12e-+6H2O═12OH-（O2+4e-+2H2O═4OH-也算對(duì)）故答案為：負(fù)；3O2+12e-+6H2O═12OH-（O2+4e-+2H2O═4OH-也算對(duì)）；

（3）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H 1

②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2，

根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)①×1/2-反應(yīng)②×1/2，可得：CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（g） 1/2（△H1-△H2）

1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時(shí)反應(yīng)的△H=1/2 （△H1-△H2），

(3)燃料電池中，正極上氧化劑氧氣得電子和二氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)生成碳酸根離子，電極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2=2CO32-；故正極要通入O2、CO2。