题目内容

（16分）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇： CO(g)+2H2(g)     CH3OH(g)   ΔH< 0。

（1）上述反应的平衡常数表达式为K=                   ，以下有关说法正确的是________

a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡

b．一定条件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡

c．保持容器体积不变，升高温度可提高CO的转化率

d．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率

（2）其它条件相同时，在T1、T2（T1< T2）两个不同温度下可逆反应达到平衡，请画出CO的转化率随时间变化的示意图。

（3）已知在常温常压下：

① 2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)  ΔH ＝ -a kJ·mol-1

② 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)  ΔH ＝ -b kJ·mol-1

③ H2O(g)= H2O(l)  ΔH＝ -c kJ·mol-1

则 CH3OH(l)+ O2(g) = CO (g) + 2H2O(l)   ΔH＝______________kJ·mol-1。

（4）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

C极发生的电极反应式为:___________________________，工作一段时间后，当6.4 g甲醇完全反应生成CO2时，有______NA个电子发生转移。

（H：1  C：12  O：16）

 

【答案】

（16分）

（1）c(CH3OH) / c(CO)c2(H2)  (2分) ，A（3分）   

（2）（4分）

（3）（b-a-4c）/ 2（2分）

（4）O2+4e-+4H+ = 2H2O（3分），1.2（2分）

【解析】（1）a：该可逆反应：正反应气体系数不同，则容器内压强是个变量，何时恒定了，则说明达到平衡。

b：只给出了两个正反应速率，并不能说明正逆反应速率相等，错；

c： 正反应是放热反应，升温平衡逆向移动，CO的转化率降低

d：催化剂可改变反应速率但不能改变平衡状态和物质的转化率

（2）该可逆反应，正反应是放热反应，升温，反应速率加快，达到平衡所用时间短；平衡逆向移动，CO的转化率降低

（3）由盖斯定律可得总反应：（①－②+4×③）/2

（4）氢离子向正极移动，氧气在反应中得到电子，因此在正极通入的是氧气，所以电极反应式为O2＋4e－＋4H＋=2H2O。

电池总反应为：2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O；反应中电子转移为12e－，故当6.4 g甲醇完全反应时有1.2NA个电子发生转移

 

练习册系列答案
相关题目
能源短缺是人类面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源．具有广泛的开发和应用前景．因此甲醇被称为21世纪的新型燃料．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应A：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1
反应B：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2
①下列条件中，能说明反应A达到平衡状态的是
C
C
．
A．生成甲醇的速率与生成水的速率相等    B．v（H2）/3=v（CH3OH）
C．恒容容器中，体系的压强不再改变      D．恒容容器中，混合气体密度不再发生改变
②在一定的压强下，将CO与H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇，则
△H2
＜
＜
0，△S
＜
＜
0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③对于反应B，若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是
BD
BD
．
A．升高温度                        B．将CH3OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大        D．按原比例再充入CO和H．
④某温度下，将2mol CO和6mol H2，充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol?L-1，则CO的转化率为
80%
80%
，则该温度下该反应的平衡常数为
2.04
2.04
．
（2）已知在常温常压下：
①2CH3OH（I）十3O2（g）=CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ?mol-1
②2CO（g）+O2 （g）═2CO2 （g）△H=-566.0kJ?mol-1
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ．mol-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式
CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
．
（2011?济南一模）（实验班必做，平行班选作）

甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．
（1）分析该反应并回答下列问题：
①平衡常数的表达式为K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2H(2)
c(CH3OH)
c(CO)?c2H(2)
．
②下列各项中，不能说明该反应已经达到平衡的是
d
d
（填字母编号）．
a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
b．一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等
c．恒温、恒容条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH3OH
（2）如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．该反应的△H
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”）；T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1
＞
＞
K2（填“＞”、“＜”或“=”）．若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是
b
b
（填字母编号）．
a．升高温度              b．将CH3OH（g）从体系中分离
c．使用合适的催化剂      d．充入He（g），使压强增大
（3）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H=-a kJ?mol-1
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-b kJ?mol-1
③H2O（g）=H2O（l）△H=-c kJ?mol-1
则CH3OH（l）和O2生成CO和H2O（l）的热化学方程式是：
2CH3OH（1）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（l）△H=-（a+4c-b）kJ?mol-1
2CH3OH（1）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（l）△H=-（a+4c-b）kJ?mol-1
．
（4）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出自呼吸电池及主动式电堆．甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．该电池工作时，b口通入的物质是
甲醇
甲醇
，正极上的电极反应式为
O2+4H++4e-=2H2O
O2+4H++4e-=2H2O
．
（5）以上述电池做电源，用如图3所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示）：
Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+CO2↑
Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+CO2↑
．
能源短缺是人类面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1
反应II：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2
下表所列数据是反应Ⅱ在不同温度下的化学平衡常数（K）
温度 250℃ 300℃ 350℃
K 2.041 0.270 0.012
①由表中数据判断△H2
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”），
②若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是
BE
BE
，
A．升高温度         B．将CH3OH（g）从体系中分离     C．使用合适的催化剂
D．充入He，使体系总压强增大            E．按原比例再充入 CO和 H2
③某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的恒容密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol?L-1，则CO的转化率为
80%
80%
，此时的温度为
250°C
250°C
（从上表中选择）；
④恒温下，1mol CO和nmol H2在一个容积可变的密闭容器中反应达到平衡后，生成a molCH3OH．若起始时放入3molCO+3nmolH2，则达平衡时生成CH3OH
3a
3a
mol．
（2）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的原电池装置．
①该电池工作时，OH-向
负
负
极移动（填“正”或“负”），
②该电池正极的电极反应式为
O2+2H2O+4e-=4OH-
O2+2H2O+4e-=4OH-
．
（一）恒温恒容下，将2mol A气体和2mol B气体通入体积为2L的密闭容器中发生如下反应：2A（g）+B（g）?x C（g）+2D（s），2min时反应达到平衡状态，此时剩余1.2mol B，并测得C的浓度为1.2mol?L-1．
（1）从开始反应至达到平衡状态，生成C的平均反应速率为
0.6mol/（L?min）
0.6mol/（L?min）
．
（2）x=
3
3
．
（3）A的转化率与B的转化率之比为
2：1
2：1
．
（4）下列各项可作为该反应达到平衡状态的标志的是
B
B
．
A．压强不再变化        B．气体密度不再变化
C．A的消耗速率与B的消耗速率之比为2：1
（二）能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上合成甲醇的反应原理为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H，
下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．
温度 250℃ 300℃ 350℃
K 2.041 0.270 0.012
①根据表中数据可判断△H
＜
＜
0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②在300℃时，将2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容积为1L的密闭容器中，此时反应将
A
A
．
A．向正方向移动   B．向逆方向移动   C．处于平衡状态   D．无法判断
（2）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1451.6kJ?mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ?mol-1
写出该条件下甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：
CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
．
（3）以甲醇、氧气为原料，KOH溶液作为电解质构成燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O，则正极的电极反应式为
O2+2H2O+4e-═4OH-
O2+2H2O+4e-═4OH-
，随着反应的不断进行溶液的pH
减小
减小
（填“增大”“减小”或“不变”）．
（4）如果以该燃料电池为电源，石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极的电极反应式为
2Cl--2e-═Cl2↑
2Cl--2e-═Cl2↑
．
（2012?红桥区一模）能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）△H1
反应Ⅱ：CO2（g）+3H2 （g）?CH3OH （g）+H2O （g）△H2
①上述反应符合．“原子经济”原则的是
Ⅰ
Ⅰ
（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；
②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）．
温度 250℃ 300℃ 350℃
K 2.041 0.270 0.012
由表中数据判断△H1
＜
＜
0（填“＞”、“=”或“＜”），反应Ⅰ的平衡常数的表达式是
c(CH3OH)
c(CO)c2(H2)
c(CH3OH)
c(CO)c2(H2)
．
③某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，按反应Ⅰ充分反应达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol/L，则CO的转化率为
80%
80%
．
（2）根据如图所示的能量变化写出由碳转化成CO的热化学方程式
C（s）+1/2O2（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol
C（s）+1/2O2（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol
．
（3）某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO4混合溶液，其装置如下1图：

①写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
．
③理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如题2图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t1后，石墨电极上的电极反应式
4OH--4e-=O2↑+2H2O
4OH--4e-=O2↑+2H2O
；在t2时所得溶液的pH约为
1
1
．（溶液体积变化忽略不计）

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