Question

【题目】煤的主要组成元素是碳、氢、氧、硫、氮，燃煤产生CxHy、SO2等大气污染物，煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径之一。回答下列问题:

（1）利用煤的气化获得的水煤气( 主要成分为CO、CO2和H2 )在催化剂作用下可以合成绿色燃料甲醇。

已知: H2O(1) = H2O(g) ΔH1= +44 .0kJ/mol

CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(g) ΔH2=-3.0kJ/mol

CO2(g)+3H2(g) = CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=-58.7 kJ/mol

写出由CO与H2制备CH3OH 气体的热化学方程式____________。

（2）甲醇和CO2可直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3简称DMC) ;

2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0

①该化学反应的平衡常数表达式为K=__________

②在恒温恒容密闭容器中发生上述反应,能说明反应达到平衡状态的是________(填编号)。

A.V正(CH3OH)= 2V逆(H2O)

B.容器内气体的密度不变

C.容器内压强不变

D.CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变

③一定条件下分别向甲，乙、丙三个恒容密闭容器中加入一定量的初始物质发生该反应，各容器中温度、反应物的起始量如下表，反应过程中DMC的物质的量浓度随时间变化如图所示:

容器	甲	乙	丙
容积(L)	0.5	0.5	V
温度(℃)	T1	T2	T3
起始量	1molCO2(g) 2molCH3OH(g)	1molDMC(g) 1molH2O(g)	2molCO2(g) 2molCH3OH(g)

甲容器中，在5-15min时的平均反应速率v(CO2)=___________.乙容器中，若平衡时n(CO2)=0.2mol.则T1_____T2 (填“>”“<”或“=”)。两容器的反应达平衡时CO2的转化率: 甲________丙(填“>”“<."或”=”)。

（3）利用甲醇可制成微生物燃料电池(利用微生物将化学能直接转化成电能的装置)。某微生物燃料电池装置如图所示: A极是_____极(填“正”或“负”)，其电极反应式是_______。该电池不能在高温下工作的理由是________。

Answer 1

【答案】 CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1 AC 0.05mol·L-l·min-1 > > 负极 CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2 高温能使微生物蛋白质凝固变性

【解析】试题分析：(1)根据盖斯定律计算由CO与H2制备CH3OH 气体焓变；（2）①根据化学平衡常数定义写表达式；②根据平衡标志分析；③根据图示，甲容器中，在5-15min时CH3OCOOCH3的浓度变化是0.5mol/L，则CO2的浓度变化为0.5mol/L；甲容器中，达到平衡时，CH3OCOOCH3的浓度是1.5mol/L，物质的量是1.5mol/L×0.5L=0.75mol，消耗CO20.75mol，剩余CO2 0.25mol；丙中2molCH3OH(g)生成CH3OCOOCH3的物质的量小于1mol，CH3OCOOCH3的平衡浓度是3mol/L，所以丙容器的体积小于 ；（3）燃料电池装置中氢离子移向B电极，所以B是正极、A是负极；负极甲醇失电子；高温能使微生物蛋白质变性。

解析：(1)①H2O(1) = H2O(g) ΔH1= +44 .0kJ/mol

②CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(l) ΔH2=-3.0kJ/mol

③CO2(g)+3H2(g) = CH,OH(g)+H2O(g) ΔH3=-58.7 kJ/mol

根据盖斯定律③-②-①得 CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1；（2）① 2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g)的平衡常数表达式是；②V正(CH3OH)= 2V逆(H2O)，正逆反应速率相等，所以达到平衡状态，故A正确；根据 ，气体密度是恒量，所以容器内气体的密度不变，不一定平衡，故B错误；反应前后气体系数和改变，压强是变量，所以容器内压强不变，一定达到平衡状态，故C正确；若甲醇、二氧化碳的初始投料比为2:1，则CH3OH与CO2的物质的量之比始终是2:1，所以CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变，不一定平衡，故D错误。③根据图示，甲容器中，在5-15min时CH3OCOOCH3的浓度变化是0.5mol/L，则CO2的浓度变化为0.5mol/L，所以v(CO2)= 0.5mol/L÷10min=0.05mol·L-l·min-1；根据一边倒原则，甲乙投料相同；甲容器中，达到平衡时，剩余CO2 0.25mol，乙容器剩余CO2 0.2mol，甲乙相比，相当于乙平衡正向移动，正反应放热，所以温度T1>T2；丙中2molCH3OH(g)生成CH3OCOOCH3的物质的量小于1mol，CH3OCOOCH3的平衡浓度是3mol/L，所以丙容器的体积小于 ；丙中CO2的转化率小于0.5，甲中CO2的转化率等于0.75 ，CO2的转化率甲>丙；（3）燃料电池装置中氢离子移向B电极，所以B是正极、A是负极；负极甲醇失电子，电极反应式是CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2；高温能使微生物蛋白质变性，所以该电池不能在高温下工作。