Question

【題目】甲醇是一種可再生能源,又是一種重要的化工原料.具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景。工業(yè)上可用如下方法合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g).

(1) 已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ·mol-1;

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

③H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJ·mol-1.

則甲醇液體不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為__________。

(2) 在一定溫度下,向2L密閉容器中充人1mol CO和2mol H2,發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),5min反應(yīng)達(dá)到平衡,此時CO的轉(zhuǎn)化率為80%。

①前5min內(nèi)甲醇的平均反應(yīng)速率為__________;已知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行,則反應(yīng)的△H_______0(填“>”“<”或“=”)。

②在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__________。

③某時刻向該平衡體系中加人CO、H2、CH3OH各0.2mol后,則v正__________v逆(填“>”“=”或“<”)。

④當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時,__________(填字母)。

a.混合氣體的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化 b.反應(yīng)物不再轉(zhuǎn)化為生成物

c.v正(CO)=2v逆(H2) d.v(H2)=2v(CH3OH)

e.三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比

(3) "甲醇---過氧化氫燃料電池"的結(jié)構(gòu)主要包括燃料腔、 氧化劑腔和質(zhì)子交換膜三部分.放電過程中其中一個腔中生成了CO2。

①放電過程中生成H+的反應(yīng),發(fā)生在__________腔中,該腔中的電極反應(yīng)式為__________.

②該電池工作過程中,當(dāng)消耗甲醇4.8g時.電路中通過的電量為__________(法拉第常數(shù)F=9.65×104C·mol-1)

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=-442.8kJ·mol-1 0.08mol·L-1·min-1 < 100 > ad 燃料 CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ 8.685×104C

【解析】

（1）已知：①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g) △H＝－1275.6kJmol-1，②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H＝－566.0kJmol-1，③H2O(l)＝H2O(g) △H=+44.0kJmol-1，則根據(jù)蓋斯定律可知（①-②-③×4）÷2即得到甲醇不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學(xué)反應(yīng)方程式CH3OH(l)+O2(g)＝CO(g)+2H2O(l) △H＝－442.8kJmol-1，故答案為：CH3OH(l)+O2(g)＝CO(g)+2H2O(l) △H＝－442.8kJmol-1。

（2）①5分鐘反應(yīng)達(dá)平衡，此時CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則消耗CO是0.8mol，根據(jù)方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知生成甲醇是0.8mol，濃度是0.4mol/L，因此前5分鐘內(nèi)甲醇的平均反應(yīng)速率為0.4mol/L÷5min＝0.08mol/(Lmin)；已知該反應(yīng)在低溫下能自發(fā)進(jìn)行，由于正方應(yīng)是體積減小的，即△S＜0，則根據(jù)△G＝△H—T·△S可知，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，故答案為：0.08mol/(Lmin)，＜。

②消耗CO是0.8mol，則平衡時氫氣和CO的物質(zhì)的量分別是0.4mol和0.2mol，濃度分別是0.2mol/L和0.1mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，則在該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.4/0.22×0.1=100，故答案為：100。

③某時刻向該平衡體系中加入CO、H2、CH3OH各0.2mol后，瞬間CO、氫氣和甲醇的濃度分別變?yōu)?/span>0.2mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L，則此時濃度商＝0.5/0.32×0.2=27.78＜100，因此平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，所以將使ν正＞ν逆，故答案為：＞。

④a.反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減少，故反應(yīng)達(dá)到平衡時，混合氣體的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，故a正確；

b.達(dá)到平衡時，反應(yīng)物和生成物處于動態(tài)平衡，故b錯誤；

c.達(dá)到平衡時，2v正(CO)=v逆(H2)，故c錯誤；

d.注意是已知平衡狀態(tài)讓判斷選項中說法正確與否，d選項沒有注明正、逆，平衡狀態(tài)時，無論表示的是正反應(yīng)還是逆反應(yīng)，這個關(guān)系均正確，故d正確。

故答案為：ad。

（3）①燃料腔中的多孔石墨電極為該燃料電池的負(fù)極，負(fù)極電極方程式為CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+，故答案為：燃料，CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。

②4.8g甲醇的物質(zhì)的量是4.8g÷32g/mol＝0.15mol，在反應(yīng)中失去0.15mol×6＝0.9mol電子，所以電路中轉(zhuǎn)移的電量的為9.65×l04C·mol-1×0.9mol＝8.685×104C，故答案為：8.685×104C。