【題目】煤的氣化在煤化工業(yè)中占有重要地位,至今仍然是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分.

(1)已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱分別為﹣285.8kJ/mol、﹣283.0kJ/mol和﹣726.5kJ/mol.請寫出CH3OH(l)完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式:______________________________

(2)工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應(yīng)合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H.下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)

溫度/℃

250

300

350

K/L2mol﹣2

2.041

0.270

0.012

①該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式是____________,由表中數(shù)據(jù)判斷△H__0(填“>”、“=”或“<”)

②某溫度下,將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中,充分反應(yīng)后,4min達到平衡時測得c(CO)=0.2mol/L,此時的溫度為______,則反應(yīng)速率v(H2)=_______

(3)T℃時,在t0時刻,合成甲醇反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)達到平衡,若在t1時刻將容器的體積縮小為原來的,在t2時刻又達到新的平衡,請在圖中用曲線表示t1~t2時間段氫氣、甲醇物質(zhì)的量濃度隨時間變化的趨勢示意圖(其他條件不變,曲線上必須標(biāo)明氫氣、甲醇)._______

(4)如果用CH3OH和空氣作燃料電池,用KOH作電解質(zhì)溶液,請寫出該燃料電池的負(fù)極的電極反應(yīng)式__________________

【答案】 CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O △H=﹣726.5kJmol﹣1。 K=   250℃ 0.4molL﹣1min﹣1  CH3OH﹣6e+8OH=CO32﹣+6H2O

【解析】(1)已知CH3OH(l)的燃燒熱為-726.5kJ/mol,則CH3OH完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)H=-726.5kJmol-1;

(2)①平衡常數(shù)為生成物濃度的冪次方之積比上反應(yīng)物濃度的冪次方之積,則CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式K=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2);升高溫度,平衡向吸熱方向移動,根據(jù)表格知,溫度越高,化學(xué)平衡常數(shù)越小,說明平衡向逆反應(yīng)方向移動,所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng),即△H<0;

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

開始 1mol/L 3mol/L 0

轉(zhuǎn)化 0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L

平衡 0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L

平衡常數(shù)K=0.8/0.2×1.42=2.04,所以是250℃;反應(yīng)速率v(H2)=1.6mol/L/4min=0.4molL-1;

(3)若在t1時刻將容器的體積縮小為原來的1/2,相當(dāng)于增大壓強,各組分的濃度立即增加原來的一倍,然后是平衡開始正向移動,至t2時刻又達到新的平衡,圖示如下見答案;(4)用CH3OH和空氣作燃料電池,用KOH作電解質(zhì)溶液,負(fù)極CH3OH失電子發(fā)生氧化反應(yīng),則負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH﹣6e+8OH=CO32+6H2O。

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