Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景。工業(yè)上一般采用下列反應合成甲醇:CO2(g)+3H(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在體積為2L的密閉容器中，充入2molCO2和9molH2，測得CO2(g)和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示:

（1）該反應的平衡常數(shù)K表達式為___________。

（2）0~10min時間內(nèi)，該反應的平均反應速率v(H2O)=_______________，H2的轉(zhuǎn)化率為_____________。

（3）下列敘述中，能說明反應已達到化學平衡狀態(tài)的是______(填字母)。

A.容器內(nèi)CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的濃度之比為1:3:1:1

B.v(CO2)正:v(H2)逆=1:3

C.平衡常數(shù)K保持不變

D.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

（4）已知在常溫常壓下:

①2CH3OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) △H1 =-1452.8kJ·mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2 =-566.0kJ·mol-1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式:____________________________。

（5）中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆。甲醇燃料電池的工作原理如下圖所示:

①該電池工作時，c口通人的物質(zhì)為_____________。

②該電池負極的電極反應式為______________________________。

Answer 1

【答案】 0.075 mol/(L·min) 50% BD CH3OH(l)＋O2(g)＝2H2O(l)＋CO(g) ΔH＝－443.4 kJ/mol O2（或空氣） CH3OH＋H2O－6e－＝CO2＋6H＋

【解析】（1）本題考查平衡常數(shù)的表達式，根據(jù)化學平衡常數(shù)的定義，K；（2）本題考查化學反應速率的計算以及化學平衡的計算，根據(jù)圖像以及化學反應速率的數(shù)學表達式，v(CO2)=(1.00－0.25)/10mol/(L·min)=0.075 mol/(L·min)，根據(jù)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，因此有v(CO2)=v(H2O)=0.075mol/(L·min)，消耗CO2的物質(zhì)的量為(1－0.25)×2mol=1.5mol，則 消耗氫氣的物質(zhì)的量為1.5×3mol=4.5mol，即氫氣的轉(zhuǎn)化率為4.5/9×100%=50%；（3）本題考查化學平衡狀態(tài)的判斷，A、根據(jù)圖像，達到平衡時，四種物質(zhì)的濃度不等于1：3：1：1，故A錯誤；B、v(CO2)正，反應向正反應方向進行，v(H2)逆，反應向逆反應方向進行，且兩者反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，v(CO2)正:v(H2)逆=1:3，說明反應達到平衡，故B正確；C、化學平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，因此化學平衡常數(shù)不變，不能說明反應達到平衡，故C錯誤；D、根據(jù)M=m/n，組分都是氣體，則氣體質(zhì)量不變，反應先后氣體系數(shù)之和不相等，則當n不變時，即M不變時，說明反應達到平衡，故D正確；（4）本題考查熱化學反應方程式的計算，根據(jù)蓋斯定律，因此有(①－②)/2得出CH3OH(l)＋O2(g)＝2H2O(l)＋CO(g) ΔH＝－443.4 kJ/mol；（5）本題考查燃料電池以及電極反應式的書寫，①根據(jù)H＋移動的方向，H＋從負極移向正極，通燃料的一極為負極，通氧氣的一極為正極，即c口通入的是O2或空氣；②環(huán)境是酸性，因此負極反應式為CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋。