Question

【题目】（14分）甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。工业上利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol

回答下列问题：

（1）已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	x

则x＝_________。

（2）若将lmol CO2和2mol H2充入容积为2L的恒容密闭容器中，在两种不同温度下发生反应②。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI_____KⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)；

②一定温度下，能判断该反应达到化学平衡状态的是_____。

a．容器中压强不变 b．甲醇和水蒸气的体积比保持不变

c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2个C＝O断裂的同时有6个H—H断裂

③若5min后反应达到平衡状态，H2的转化率为90%，则用CO2表示的平均反应速率为_________，该温度下的平衡常数为_______；若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是________。

a．缩小反应容器的容积 b．使用合适的催化剂

c．充入He d．按原比例再充入CO2和H2

（3）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池。以此电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理过程（装置如图所示）。其中物质b是_____ ，阳极电极反应为____ 。

Answer 1

【答案】

（1）413（2分）

（2）①＞（1分）

②ac（2分）

③0.06mol/(L·min)（2分） 450（2分） ad（2分）

（3）甲醇（CH3OH）（1分） 2Al－6e－＋3H2O＝Al2O3＋6H＋（2分）

【解析】

试题分析：

（1）已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H＝＋41 kJ/mol

根据盖斯定律可知②－③即得到反应①的△H1＝－99kJ/mol。根据表中键能可知1076＋2×436－3x－343－465＝－99，解得x＝413。

（2）①曲线Ⅱ首先达到平衡状态，说明曲线Ⅱ的温度高于曲线I。由于正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，平衡常数减小，所以对应的平衡常数大小关系为KI＞KⅡ；

②a．正反应体积减小，则容器中压强不变说明达到平衡状态，a正确；b．根据方程式可知甲醇和水蒸气的体积比始终是1∶1，不能说明达到平衡状态，b错误；c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH）表示正逆反应速率相等，达到平衡状态，c正确；d．根据方程式可知2个C＝O断裂的同时一定有6个H—H断裂，不能说明达到平衡状态，d错误，答案选ac。

③ CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g)

起始浓度（mol/L）0.5 1 0 0

变化浓度（mol/L）0.3 0.9 0.3 0.3

平衡浓度（mol/L）0.2 0.1 0.3 0.3

则用CO2表示的平均反应速率为0.3mol/L÷5min＝0.06mol/(L·min)；该温度下的平衡常数为0.3 ×0.3/0.2×0.13＝450。

a．正反应体积减小，缩小反应容器的容积平衡向正反应方向进行，甲醇的产率升高，a正确；b．使用合适的催化剂平衡不移动，产率不变，b错误；c．容器容积不变，充入He，各物质浓度不变，平衡不移动，对产率无影响，c错误；d．按原比例再充入CO2和H2相当于增大压强，平衡向正反应方向进行，甲醇的产率升高，d正确；答案选ad。

（3）模拟铝制品表面“钝化”处理，则电极铝是阳极，与电源的正极相连，所以a物质是氧气，b物质是甲醇。铝为阳极，会发生氧化反应，表面形成氧化膜，必须有水参加，所以电极反应式为2Al－6e－＋3H2O＝Al2O3＋6H＋。