Question

【題目】甲醇（CH3OH）是重要的溶劑和替代燃料，工業(yè)上用CO和H2在一定條件下制備CH3OH的反應(yīng)為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)； △H。

（1）在體積為1L的恒容密閉容器中，充入2molCO和4molH2，一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)，測得CO(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間的變化如圖甲所示。

①從反應(yīng)開始到5min，用氫氣表示的平均反應(yīng)速率v(H2)=________。

②下列說法正確的是________（填序號）。

A. 達到平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率為75%

B. 5min后容器中壓強不再改變

C. 達到平衡后，再充入氬氣，反應(yīng)速率增大

D. 2min前v(正)＞v(逆)，2min后v(正)＜v(逆)

（2）某溫度下，在一恒壓容器中分別充入1.2molCO和1molH2，達到平衡時容器體積為2L，且含有0.4molCH3OH(g)，則該反應(yīng)平衡常數(shù)的值為__________。

（3）甲醇是一種新型的汽車動力燃料。已知H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃燒熱分別為285.8kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為________。

（4）現(xiàn)有容積均為1L的a、b、c三個密閉容器，往其中分別充入1molCO和2molH2的混合氣體，控制溫度，進行反應(yīng)，測得相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖所示。b中甲醇體積分數(shù)大于a中的原因是____________。達到平衡時，a、b、c中CO的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為___________。

（5）甲醇作為一種燃料還可用于燃料電池。在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用甲醇、空氣與CO2的混合氣體作反應(yīng)物，鎳作電極，用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質(zhì)。該電池的負極反應(yīng)式為___________________________。

Answer 1

【答案】0.6mol/(L·min) A B 50 L2 / mol2(不寫單位不影響得分) CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1 b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時間生成的甲醇多，體積分數(shù)大 a＞b＞c CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O

【解析】

（1）①根據(jù)v=Δc/Δt計算v(H2)；

②H2的轉(zhuǎn)化率=H2的濃度變化量/H2的濃度初始量×100%；根據(jù)圖像5min后容器中氣體物質(zhì)的量不再改變；恒容密閉容器中達到平衡后，再充入氬氣，反應(yīng)物濃度不變，反應(yīng)速率不變；2min前后，反應(yīng)都正向進行；

（2）利用“三段式”計算平衡常數(shù)；

（3）根據(jù)蓋斯定律計算甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的焓變；

（4）b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時間生成的甲醇多，使得b中甲醇體積分數(shù)大于a；達到平衡時，a、b、c三個容器的反應(yīng)溫度不同，a容器溫度最低，c容器的反應(yīng)溫度最高，根據(jù)反應(yīng)放熱可判斷出，升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的體積分數(shù)減小，故應(yīng)為a＞b＞c；

（5）根據(jù)電池的負極反應(yīng)物為甲醇，寫出電極方程式。

（1）①由圖可知，平衡時甲醇的濃度為1.5mol/L，則v（CH3OH）=1.5mol/L÷5min=0.3mol/（L·min），速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，則v（H2）=2v（CH3OH）=0.6mol/（L·min），故答案為：0.6mol/（L·min）。

②A.由圖可知，CO的起始濃度為2mol/L、平衡時濃度為0.5mol/L，則△c（CO）=2mol/L-0.5mol/L=1.5mol/L，則氫氣濃度變化量為1.5mol/L×2=3mol/L，氫氣轉(zhuǎn)化率=3mol/L/（4mol÷1L）×100%=75%，故A正確；

B.根據(jù)圖像，5min后反應(yīng)達到平衡，容器中壓強不再改變，故B正確；

C.達到平衡后，再充入氬氣，體積不變，反應(yīng)物的濃度不變，反應(yīng)速率不變，故C錯誤；D.2min前反應(yīng)正向進行，v(正)＞v(逆)，2min后5min前反應(yīng)仍正向進行，v(正)＞v(逆)，故D錯誤。

故答案為：AB。

（2） CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol/L） 0.6 0.5 0

轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.2 0.4 0.2

平衡（mol/L） 0.4 0.1 0.2

所以該反應(yīng)平衡常數(shù)K=0.2mol/L[0.4mol/L×（0.1mol/L）2]=50L2/mol2，

故答案為：50L2/mol2。

（3）由CO（g）和CH3OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJmol-1和-726.5kJmol-1，則①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1，②CH3OH（l）+1/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJmol-1，由蓋斯定律可知，②-①得反應(yīng)CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），則△H=-726.5kJmol-1-（-283.0kJmol-1）=-443.5kJmol-1，故答案為：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJmol-1。

（4）b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時間生成的甲醇多，使得b中甲醇體積分數(shù)大于a；達到平衡時，a、b、c三個容器的反應(yīng)溫度不同，a容器溫度最低，c容器的反應(yīng)溫度最高，根據(jù)反應(yīng)放熱可判斷出，升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的體積分數(shù)減小，故應(yīng)為a＞b＞c，故答案為：b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時間生成的甲醇多，體積分數(shù)大；a＞b＞c。

（5）在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用甲醇、空氣與CO2的混合氣體作反應(yīng)物，鎳作電極，用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質(zhì)。該電池的負極反應(yīng)物為甲醇，反應(yīng)式為CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O，故答案為：CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O。