Question

【题目】甲醇是一种绿色能源，是机动车燃油的最佳替代品。请回答下列有关问题：

（1）用CO可以合成甲醇。已知：

ⅰ．CH3OH(g)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-764.5 kJmol-1；

ⅱ．CO(g)+ O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJmol-1；

ⅲ．H2(g)+ O2(g)=H2O(g) △H=-285.8 kJmol-1；

则 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=________kJ·mol-1。

（2）利用CO2及H2为原料，在合适的催化剂（如Cu/ZnO催化剂）作用下，也可合成CH3OH，涉及的反应有：

ⅳ．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-53.7 kJmol-1平衡常数 K1；

ⅴ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H=+41.2 kJmol-1平衡常数K2。

下列四组实验，若控制CO2和H2初始投料比均为1∶2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：

温度(K)	催化剂	CO2转化率(％)
543	Cu/ZnO纳米棒材料	12.3
543	Cu/ZnO纳米片材料	10.9
553	Cu/ZnO纳米棒材料	15.3
553	Cu/ZnO纳米片材料	12.0

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K=___________（用含K1、K2的表达式表示）。

②有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有_________。

a．使用Cu/ZnO纳米棒衬料

b．使用Cu/ZnO纳米片材料

c．降低反应温度

d．保持投料比不变，增加反应物的浓度

e．增大CO2和H2的初始投料比

③由表格中的数据可知，相同温度下不同的催化剂对CO2的转化率不同，造成该结果的原因是_________________________________________。

（3）甲醇燃料电池是目前技术最成熟，应用最广泛的一种燃料电池，其工作原理如下图所示:

①a气体的名称是_________。

②甲池所在电极为原电池的______极，其电极反应式为__________________________。

③电解液中，H+的移动方向为_____________。

Answer 1

【答案】 -90.1 c d 此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应ⅳ的催化能力不同 甲醇 负 CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ 从甲池穿过交换膜进入乙池

【解析】（1）考查盖斯定律的应用，ii＋2×iii－i，得出△H=(－283－285.8×2＋764.5)kJ·mol－1=－90.1kJ·mol－1；（2）考查化学平衡常数的表达形式以及影响化学平衡移动的因素，①K1=，K2=，K=，则有K=；②a、催化剂对化学平衡的移动无影响，故a错误；b、催化剂对化学平衡的移动无影响，故b错误；c、此反应正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，提高CO2的转化率，故c正确；d、增加反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率提高，故d正确；e、增大CO2和H2的初始投料比，即增大CO2的量，虽然平衡向正反应方向移动，但CO2的转化率降低，故e错误；③催化剂对化学平衡的移动无影响，根据表中数据，说明此反应未达到平衡，不同的催化剂对反应ⅳ的催化能力不同；（3）考查原电池的工作原理和电极反应式的书写，①根据工作装置图，以及原电池的工作原理，电子从负极出发，经外电路流向正极，即左端电极为负极，右端电极为正极，a为甲醇；②根据①的分析，甲池中电极为负极，交换膜是质子交换膜，因此环境是酸性，即电极反应式为 CH3OH+H2O-6e－=CO2+6H＋；③根据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，即H＋从甲池通过交换膜进入乙池。