Question

【题目】氢气是一种清洁、高效新能源，也是重要的化工原料。

（1）工业上利用甲烷制备氢气的反应为:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

已知：

①H2(g)+1/2O2(g)H2O(g) △H1=-198kJ/mol

②CO(g)+1/2O2(g)CO2(g) △H2=-283kJ/mol

③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) △H3=-846.3kJ/mol

则CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H4=________。

（2）工业上利用CO和H2合成清洁能源CH3OH，其反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-116kJ/mo1

①如图表示CO的平衡转化率(α)随温度和压强变化的示意图。X表示的是_______，理由_________；Y1_____Y2(填“<”“=”或“>”)。

②在2L恒容密闭容器中充入2 mol CO和4 mol H2，在一定条件下经过10 min达到平衡状态c点处。则在该条件下，从开始至达到平衡状态v(CH3OH)=_______________，平衡常数Ka、Kb、Kc 的大小关系：___________。

③下列措施既能增大反应速率又能提高反应物的转化率的是_______。

A．使用催化剂 B．及时分离CH3OH C．升高温度 D．增大压强

（3）已知燃料电池的比能量与单位质量燃料物质失去的电子数成正比。理论上H2、CH4、CH3OH的碱性电池的比能量由大到小的顺序为___________。

Answer 1

【答案】+30.7 kJ·mol-1 压强 该反应正向是气体体积减小的反应，增大压强化学平衡有利于正向移动，CO的转化率增大 < 0.05mol/(L·min) Ka=Kb>Kc D H2>CH4>CH3OH

【解析】

（1）根据盖斯定律进行计算

（2）①从平衡移动的角度入手分析，X表示的是压强，理由该反应正向是气体体积减小的反应，增大压强化学平衡有利于正向移动，CO的转化率增大；②列出三段式，根据v(CH3OH)= △c/ △t进行计算；平衡常数与温度有关，从温度入手分析平衡常数大小；③A.使用催化剂只改变化学反应速率，不能改变反应物的转化率；B.及时分离CH3OH，提高反应物的转化率，但化学反应速率降低；C.升高温度加快化学反应速率，降低反应物的转化率；D.增大压强加快化学反应速率，反应物的转化率增大；

（3）根据题意比较大小即可；

（1）根据盖斯定律③-②-①×3得: △H4= -846.3-（-283）-（-198×3）=+30.7 kJ·mol-1

（2）①因为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-116kJ/mo1，根据方程式分析，温度升高平衡向逆反应方向移动，CO的平衡转化率(α)减小，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率(α)增大，图中是随X增大CO的平衡转化率(α)增大的，所以X表示的是压强，理由该反应正向是气体分子数减小的反应，增大压强化学平衡有利于正向移动，CO的转化率增大；由图知压强一定时，Y1的转化率大于Y2 ，所以Y1的温度小于Y2的温度。答案：压强 ；该反应正向是气体体积减小的反应，增大压强化学平衡有利于正向移动，CO的转化率增大；<。②根据三段式： CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)， c点CO的平衡转化率为0.5可得，

CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)

n0 1 mol 2 mol 0 mol

△n 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

n平 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

v(CH3OH)= 0.5 mol·L-1/10 min= 0.05mol/(L·min)

因为平衡常数只与温度有关，a b两点同在Y1曲线上，温度相同，所以Ka= Kb。根据因为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-116kJ/mo1为放热反应，由图知压强一定时，Y1的转化率大于Y2 所以Y1的温度小于Y2的温度，升温平衡逆向移动，所以Ka=Kb>Kc。

③A.使用催化剂只改变化学反应速率，不能影响平衡移动，也不能改变反应物的转化率，故A不符合题意；B.及时分离CH3OH，减小生成物的浓度，平衡正向移动，提高反应物的转化率，但化学反应速率降低，故B不符合题意；C.升高温度加快化学反应速率，但升温平衡逆向移动，降低反应物的转化率，故C不符合题意；D.增大压强加快化学反应速率，因为正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强，平衡正向移动，反应物的转化率增大，故D符合题意。答案D。

（3）因为燃料电池的比能量与单位质量燃料物质失去的电子数成正比，所以相同质量（设质量为1g）的H2、CH4、CH3OH的碱性电池转移的电子的物质的量为：H2H2O转移的电子1/2×2e-=1mol； CH4CO2转移的电子为1/16×8e-=0.5mol；CH3OHCO2转移的电子为1/32×6e-=3/16mol，所以单位质量的燃料转移的电子数H2>CH4>CH3OH，其比能量由大到小的顺序为H2>CH4>CH3OH。