Question

溫室氣體二氧化碳減排的一種方法是：從燃煤電廠或天然氣電廠排放氣中回收CO₂，再與CH₄熱解爐產(chǎn)生的H₂反應(yīng)生成CH₃OH．
CO₂（g）+3H₂（g）

一定條件

CH₃OH（g）+H₂O（g）
（1）500℃時，在體積為1L的容積固定的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．

①從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=______mol?L^-1?min^-1．
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______（保留一位小數(shù)），平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率為______．
③已知溫度升高，K值減小．下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是______．
A．升高溫度B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離D．再充入1molCO₂和3molH₂
（2）CH₃OH作為內(nèi)燃機燃料或通過燃料電池驅(qū)動車輛．可減少CO₂排放多達(dá)45%．
①已知：
CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
則反應(yīng)CH₃OH（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）的△H=______kJ?mol^-1．
②甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2，已知H⁺移向通入O₂的電極，甲醇進(jìn)入______極（填“正”或“負(fù)”），正極發(fā)生的電極反應(yīng)為______．

Answer 1

（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，故v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.075mol/（L．min）×3=0.225mol/（L．mon），
故答案為：0.225；
②CO₂（g）+3H₂（g）

一定條件

CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1 3 0 0
變化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
K=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.3
平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率=

2.25mol/L

3mol/L

×100%=75%；
故答案為：5.3，75%；
③溫度升高，K值減小，說明反應(yīng) 是放熱反應(yīng)，使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動，但不能只增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．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，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤，
B．充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應(yīng)混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D．再充入1molCO₂和3molH₂，等效為增大壓強，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：CD；
（2）①a、CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ?mol^-1
b、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算，a+

1

2

b得到，反應(yīng)CH₃OH（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.8KJ/mol；
故答案為：-192.8；
②甲醇燃料電池中，甲醇中C元素的化合價升高，則甲醇為負(fù)極，電解質(zhì)為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳，電極反應(yīng)為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，正極氫氣得到電子生成水，電極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
故答案為：負(fù)；O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．