Question

【题目】甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上采用如下反应合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

（1）分析该反应并回答下列问题：

①该反应的平衡常数表达式为K=____________。

②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据有__________（填序号）。

A．2v（正）(H2)= v（逆）(CO)

B．一定条件下，单位时间内消耗2molH2的同时生成 1mol CH3OH

C．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化

D．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化

E．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化

（2））下图是该反应在不同温度下CO转化率随时间的变化曲线：

①该反应的△H________0（填“>”、“<”或“=”）。

②T1和T2温度下的平衡常数：K1 ________ K2（填“>”、“<”或“=”）。

（3）某温度下，将2 mol CO和6 mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝ 0.2 mol／L，则CO的转化率为________________。

（4）已知在常温常压下：

① 2CH3OH(l) ＋ 3O2(g) ＝ 2CO2(g) ＋ 4H2O(g) ΔH1＝－1275.6 kJ／mol

② 2CO (g)+ O2(g) ＝ 2CO2(g) ΔH2＝－566.0 kJ／mol

③ H2O(g) ＝ H2O(l) ΔH3＝－44.0 kJ／mol

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________________________。

（5）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。

①该电池工作时，b口通入的物质为__________（填 化学式，下同），c 口通入的物质为__________。 ②该电池正极的电极反应式为_______________。

Answer 1

【答案】CE<>80%CH3OH(l)+ O2(g) ＝ CO(g) + 2H2O(l) ΔH＝－442.8 kJ∕molCH3OHO2O2+4e－+4H+=2H2O

【解析】

（1）平衡常数是在一定条件下的可逆反应中，当可逆反应反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应的方程式可知，该反应的平衡常数是K=；②A、v（正）(H2)= 2v（逆）(CO)时说明正逆反应速率相等，说明到达平衡，选项A错误；B、单位时间内消耗2molH2的同时生成 1mol CH3OH都表示正反应速率，自始至终反应速率都按2：1进行，不能说明到达平衡，选项B错误；C、反应为气体体积变化的反应，压强随着反应也发生变化，若压强不变，则说明可逆反应到达平衡状态，选项C正确；D、反应物都为气体，容器的体积不变，混合气体的总质量不变，密度自始至终为定值，不能说明可逆反应到达平衡，选项D错误；E、混合气体的总质量不变，随反应进行，混合气体的总的物质的量减小，即平均相对分子质量减小，最后为定值，说明可逆反应到达平衡状态，选项E正确；答案选CE；（2）①由图可知，T2先达到平衡，温度大，温度高时CO的转化率低，则正反应为放热反应，所以△H＜0；②由K=，升高温度平衡逆向移动，则升高温度K减小，T1＜T2，所以K1＞K2；(3) 达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×1L=1.6mol，所以CO的转化率为×100%=80%；（4）根据盖斯定律，将已知反应①-②-③×4得到CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l），所以该反应的△H=（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）-（-44.0kJ/mol）×4=442.8kJ/mol，即CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol；（5）①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，正极上氧气得电子，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇，故答案为：CH3OH；O2；②负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。