题目内容

【题目】以煤为原料可合成一系列燃料。

(1)已知:①2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol

②CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g)△H=+49.0kJ/mol

请写出甲醇燃烧生成H2O(g)的热化学方程式_________;

(2)向1L密闭容器中加入2mol CO、4mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应:2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l)△H=+71kJ/mol

①该反应能否_________自发进行(填“能”、“不能”或“无法判断”)

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是_________

a.混合气体的平均相对分子质量保持不变

b.CO和H2的转化率相等

c.CO和H2的体积分数保持不变

d.混合气体的密度保持不变

e.1mol CO生成的同时有1mol O-H键断裂

(3)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H<0在一定条件下,某反应过程中部分数据如下表:

反应条件

反应时间

CO2(mol)

H2(mol)

CH3OH(mol)

H2O(mol)

恒温

恒容

(T1℃、

2L)

0min

2

6

0

0

10min

4.5

20min

1

30min

1

①0~10min内,用H2O(g)表示的化学反应速率v(H20)=_________mol/(L·min)

②达到平衡时,该反应的平衡常数K=_________(用分数表示),平衡时H2转化率是_________

③在其它条件不变的情况下,若30min时改变温度为T2℃,此时H2的物质的量为3.2mol,则T1_________T2(填“>”、“<”或“=”),理由是_________。在其他条件不变的情况下,若30min时向容器中再充入1mol CO2(g)和1mol H2O(g),则平衡_________移动(填“正向”、“逆向”或“不”).

(4)用甲醚(CH3OCH3)作为燃料电池的原料,请写出在碱性介质中电池负极反应式_________

【答案】 CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=﹣676.4kJ/mol

或2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=﹣1352.8kJ/mol 不能 d 0.025 4/27 50% 该反应正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动(答出“放热反应”和“温度升高,平衡逆向移动”各1分) CH3OCH3 — 12e + 16OH == 2CO32— + 11H2O

【解析】(1)2H2(g)+O2(g)= 2H2O(g)H=-483.6kJ/mol,CH3OH(g)+H2O(g) =CO2(g)+3H2(g) H=+49.0kJ/mol,根据盖斯定律,将①×3+×2得:2CH3OH(g)+3O2(g) =2CO2(g)+4H2O(g)H=(-483.6kJ/mol)×3+(+49.0kJ/mol)×2=﹣1352.8kJ/mol,故答案为:2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)H=﹣1352.8kJ/mol;

(2)2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l)H=+71kJ/mol,该反应的H>0,S<0,根据G=H-TS>0,反应不能自发进行,故答案为:不能;

a.混合气体中COH2的组成一直不变,混合气体的平均相对分子质量始终保持不变,不能说明此反应达到平衡状态,错误;b.COH2的物质的量之比大于化学计量数之比,转化率始终相等不能说明此反应达到平衡状态,错误;c.混合气体中COH2的组成一直不变,COH2的体积分数始终保持不变不能说明此反应达到平衡状态,错误;d.容器的体积不变,混合气体的质量变化,当混合气体的密度保持不变时,能够说明此反应达到平衡状态,正确;e.1mol CO生成的同时一定有1mol O-H键断裂不能说明此反应达到平衡状态,错误;故选d;

(3)v(H2)==0.075mol/(L·min),速率之比等于化学计量数之比,v(H2O)=v(H2)=0.025mol/(L·min),故答案为:0.025;

②20min时,转化的CO2为2mol-1mol=1mol,则生成的CH3OH为1mol,而30min时CH3OH为1mol,故20min时到达平衡,

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

开始(mol/L):2 6 0 0

转化(mol/L):1 3 1 1

平衡(mol/L):1 3 1 1

故平衡常数K===,平衡时氢气的转化率= ×100%=50%,故答案为:;50%;

③在其它条件不变的情况下,若30min时改变温度为T2℃,此时H2的物质的量为3.2mol,说明平衡逆向一定,说明改变的条件是升高温度,则T1<T230min时只向容器中再充入1molCO2(g)1molH2O(g),此时浓度商Qc===K,则平衡不移动,故答案为:;该反应正反应是放热反应,温度升高,平衡逆向移动

(4)用甲醚(CH3OCH3)作为燃料电池的原料在碱性介质中电池负极上甲醚发生氧化反应生成碳酸根离子,反应式为CH3OCH3 — 12e + 16OH == 2CO32— + 11H2O,故答案为CH3/span>OCH3 — 12e + 16OH == 2CO32— + 11H2O。

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