Question

【题目】甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇：CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H ＝－90.8 kJ·mol－1 ，在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 mol H2，CO 的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图所示，当达到平衡状态A 时，容器的体积为20 L。

（1）T1℃反应的平衡常数为_______________。

（2）图中P1 _______ P2（填“>”、“<”或“=”）。如反应开始时仍充入10 mol CO和20 mol H2，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=__________L。

（3）关于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化学平衡状态B时的描述正确的是________

A．CO的含量保持不变 B．容器中CH3OH浓度与CO浓度相等

C．2v正(CH3OH)= v正(H2) D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

（4）已知CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJ·mol－1 ，试写出由CO2和H2制取甲醇的热化学方程式___________________________________。

（5）以CH3OH、O2、稀H2SO4组成燃料电池，写出该电池正极的电极反应式：_________________。

Answer 1

【答案】4L2/mol2<4ADCO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H = －49.5kJ·mol－1O2 + 4e- + 4H+= 2H2O

【解析】

（1）T1℃利用A点时CO的转化率，结合化学平衡常数表达式，计算化学平衡常数；

（2）正反应方向为气体体积减小的方向，T1℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大；A、B反应温度相等，则平衡常数相等，利用平衡常数计算；

（3）平衡标志是正逆反应速率相同，各成分浓度保持不变分析判断选项；

（4）A．该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大；B．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，故温度T1＜T3，温度越高，反应速率越快；b、d两点压强相同，温度越高，反应速率越大；C．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，故温度T1＜T3，降低温度平衡向正反应方向移动，K值增大．平衡常数只与温度有关，b、d两点温度相同，平衡常数相同；D．CO转化率的越大，n总越小，由M=，判断；

（5）该燃料电池负极发生氧化反应，则1molCH3OH失去电子，转化为CO2，共失去6mole-，电解质溶液中含有CO32-，得到电极反应式。

（1）T1℃利用A点时CO的转化率为50%，则CO转化的物质的量浓度为：×50%=0.25mol/L，H2、CH3OH转化的物质的量浓度分别为：0.5mol/L、0.25mol/L，平衡时，CO、H2、CH3OH浓度分别为：0.25mol/L、-0.5mol/L=0.5mol/L、0.25mol/L，K==4 L2mol-2；

（2）正反应方向为气体体积减小的方向，T1℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大，图象中P2转化率大于P1，可知P1＜P2；A、B两容器温度相同，即化学平衡常数相等，且B点时CO的转化率为0.8，

则 CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）： 10 20 0

转化（mol）： 8 16 8

平衡（mol）： 2 4 8

设体积为VL，则有K==4，V=4L；

（3）CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），

A．CO的含量保持不变，说明反应达到平衡，选项A正确；B．容器中CH3OH浓度与CO浓度相等，与消耗量和起始量有关反应不一定达到平衡，选项B错误；C．反应速率之比等于化学方程式系数之比是正反应速率之比，若2V正（CH3OH）=V逆（H2）说明V正（H2）=V逆（H2）说明反应达到平衡，但题给条件为2V正（CH3OH）=V正（H2），选项C错误；D．混合气体质量不变，反应前后体积不同，反应过程中密度变化，容器中混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡，选项D正确；答案选AD；

（4）利用盖斯定律，消去两个热化学方程式中的CO，可得到答案，写出热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5 kJ/mol；

（5）该燃料电池正极发生还原反应，则氧气得电子酸性条件下与氢离子反应生成水，电极反应式为：O2 + 4e- + 4H+= 2H2O。