Question

【题目】甲醇是一种可再生能源,又是一种重要的化工原料.具有广阔的开发和应用前景。工业上可用如下方法合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g).

(1) 已知:①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.6kJ·mol-1;

②2CO(g)+O2(g)2CO2(g)△H=-566.0kJ·mol-1;

③H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJ·mol-1.

则甲醇液体不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式为__________。

(2) 在一定温度下,向2L密闭容器中充人1mol CO和2mol H2,发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g),5min反应达到平衡,此时CO的转化率为80%。

①前5min内甲醇的平均反应速率为__________;已知该反应在低温下能自发进行,则反应的△H_______0(填“>”“<”或“=”)。

②在该温度下反应的平衡常数K=__________。

③某时刻向该平衡体系中加人CO、H2、CH3OH各0.2mol后,则v正__________v逆(填“>”“=”或“<”)。

④当反应达到平衡时,__________(填字母)。

a.混合气体的压强不再发生变化 b.反应物不再转化为生成物

c.v正(CO)=2v逆(H2) d.v(H2)=2v(CH3OH)

e.三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比

(3) "甲醇---过氧化氢燃料电池"的结构主要包括燃料腔、 氧化剂腔和质子交换膜三部分.放电过程中其中一个腔中生成了CO2。

①放电过程中生成H+的反应,发生在__________腔中,该腔中的电极反应式为__________.

②该电池工作过程中,当消耗甲醇4.8g时.电路中通过的电量为__________(法拉第常数F=9.65×104C·mol-1)

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=-442.8kJ·mol-1 0.08mol·L-1·min-1 < 100 > ad 燃料 CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ 8.685×104C

【解析】

（1）已知：①2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g) △H＝－1275.6kJmol-1，②2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H＝－566.0kJmol-1，③H2O(l)＝H2O(g) △H=+44.0kJmol-1，则根据盖斯定律可知（①-②-③×4）÷2即得到甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学反应方程式CH3OH(l)+O2(g)＝CO(g)+2H2O(l) △H＝－442.8kJmol-1，故答案为：CH3OH(l)+O2(g)＝CO(g)+2H2O(l) △H＝－442.8kJmol-1。

（2）①5分钟反应达平衡，此时CO的转化率为80%，则消耗CO是0.8mol，根据方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知生成甲醇是0.8mol，浓度是0.4mol/L，因此前5分钟内甲醇的平均反应速率为0.4mol/L÷5min＝0.08mol/(Lmin)；已知该反应在低温下能自发进行，由于正方应是体积减小的，即△S＜0，则根据△G＝△H—T·△S可知，该反应为放热反应，即△H＜0，故答案为：0.08mol/(Lmin)，＜。

②消耗CO是0.8mol，则平衡时氢气和CO的物质的量分别是0.4mol和0.2mol，浓度分别是0.2mol/L和0.1mol/L，化学平衡常数是在一定条件下，当可逆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，则在该温度下反应的平衡常数K=0.4/0.22×0.1=100，故答案为：100。

③某时刻向该平衡体系中加入CO、H2、CH3OH各0.2mol后，瞬间CO、氢气和甲醇的浓度分别变为0.2mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L，则此时浓度商＝0.5/0.32×0.2=27.78＜100，因此平衡向正反应方向进行，所以将使ν正＞ν逆，故答案为：＞。

④a.反应前后气体物质的量减少，故反应达到平衡时，混合气体的压强不再发生变化，故a正确；

b.达到平衡时，反应物和生成物处于动态平衡，故b错误；

c.达到平衡时，2v正(CO)=v逆(H2)，故c错误；

d.注意是已知平衡状态让判断选项中说法正确与否，d选项没有注明正、逆，平衡状态时，无论表示的是正反应还是逆反应，这个关系均正确，故d正确。

故答案为：ad。

（3）①燃料腔中的多孔石墨电极为该燃料电池的负极，负极电极方程式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+，故答案为：燃料，CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。

②4.8g甲醇的物质的量是4.8g÷32g/mol＝0.15mol，在反应中失去0.15mol×6＝0.9mol电子，所以电路中转移的电量的为9.65×l04C·mol-1×0.9mol＝8.685×104C，故答案为：8.685×104C。