题目内容

【题目】甲醇(CH3OH)热值高、无污染,既可做燃料,又是重要的化工原料。科学家正研究利用CO2生产甲醇以发展低碳经济。

(1)已知CO(g)CH3OH(l)的燃烧热分别为283kJmol-1726kJmol-1。则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为______

(2)根据甲醇在酸性电解质溶液中与氧气作用生成二氧化碳和水的反应,设计一种燃料电池,则其负极反应式为______。若该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为689.7kJ,与其燃烧所能释放的全部能量相比,该燃料电池的理论效率为______

(3)探究不同条件下对合成甲醇反应的影响:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

①其他条件不变,T1T2两种温度下CH3OH的物质的量随时间的变化如图,则该反应在T1时的平衡常数比T2时的______(”),处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时______(增大减小不变”)

②某温度下,在体积为1L的密闭容器中加入4molCO28molH2,测得H2的物质的量随时间变化如图曲线()所示:

a→b时间段内v(CH3OH)=______molL-1min-1;若仅改变某一条件再进行实验,测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线()所示。曲线()对应改变的实验条件可以是______(填序号)

A.加催化剂 B.增大压强 C.升高温度 D.增大CO2浓度

若图中曲线甲平衡后保持恒温恒容,按如表各组的物质的量再次增加投入反应混合物,其中平衡向正反应方向进行的是______

物质

n(CO2)

n(H2)

n(CH3OH)

n(H2O)

A

0

0

1

1

B

1

0

1

0

C

0

1

1

0

【答案】CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) H=-443kJmol-1 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 95% 增大 0.5 BD C

【解析】

(1)根据CO(g)CH3OH(l)的燃烧热,写出热化学方程式,再根据盖斯定律分析解答;

(2)燃料电池中,通入燃料的电极做负极,则负极为甲醇放电生成CO2,据此书写电极反应式;燃料电池的理论效率=×100%

(3)①根据图象,结合平衡移动原理进行分析;②由图可知:a→b时间段内,n(H2)=3molt=2min,据此计算v(H2)=v(CH3OH)=v(H2);根据影响化学平衡的因素分析判断;先根据三段式求出平衡常数K,再根据QcK比较判断平衡移动的方向。

(1)CO(g)的燃烧热的热化学方程式为:①CO(g)+O2(g)=CO2(g) H=-283kJmol-1CH3OH(l)的燃烧热的热化学方程式为:②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=-726kJmol-1,根据盖斯定律:反应②-反应①即可得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=-726kJmol-1+283kJmol-1 = -443kJmol-1,故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) H=-443kJmol-1

(2)对于燃料电池,燃料做负极,则负极为甲醇放电生成CO2,根据电子转移、电荷守恒,电极反应式为:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;该燃料电池的理论效率=×100%=95%,故答案为:CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+95%

(3)①由图可知,T1温度下,平衡时甲醇的物质的量更多,所以T1时的平衡常数比T2时的大;T2温度下反应先达平衡,则T2T1,且甲醇的物质的量减少,说明平衡逆移,正反应为放热反应,处于A点的反应体系从T1变到T2,相当于升高温度,平衡逆移,增大,故答案为:大;增大;

②由图可知:a→b时间段内,n(H2)=3molt=2min,则v(H2)====1.5mol/(Lmin)v(CH3OH)=v(H2)=0.5mol/(Lmin)A、加入催化剂,平衡不移动, H2平衡的物质的量不变,故A错误;B、增大压强,反应速率加快,平衡正移,H2的物质的量减小,符合图象变化,故B正确;C、升高温度,反应速率加快,平衡逆移,H2的物质的量增大,不符合图象变化,故C错误;D、增大CO2浓度,反应速率加快,平衡正移,H2的物质的量减小,符合图象变化,故D正确;故选BD

平衡常数K===0.25(mol/L)-2A、只加生成物,则平衡逆移,故A错误;BQc==0.25=K,平衡不移动,故B错误;CQc==0.11K,平衡正移,故C正确;故选C,故答案为:0.5BDC

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