Question

开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题。氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。

（1）已知：① 2CH₃OH(1) + 3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(g)  ΔH₁ = – 1275.6 kJ/mol

② 2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)    ΔH₂ = – 566.0 kJ/mol

③ H₂O(g) = H₂O(1)  ΔH₃ = – 44.0 kJ/mol

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：___________。

（2）生产甲醇的原料CO和H₂来源于：CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)  ΔH>0

①一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则T_l ________T₂(填“<”、“>”、“=”，下同)；A、B、C三点处对应平衡常数（K_A、K_B、K_C）的大小关系为___________。

     

②100℃时，将1 mol CH₄和2 mol H₂O通入容积为1 L的定容密封容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是__________

a．容器内气体密度恒定  

b．单位时间内消耗0.1 mol CH₄同时生成0.3 mol H₂

c．容器的压强恒定      

d．3v正(CH₄) = v逆(H₂)

如果达到平衡时CH₄的转化率为0.5，则100℃时该反应的平衡常数K =___________

（3）某实验小组利用CO(g) 、 O₂(g) 、KOH（aq）设计成如图b所示的电池装置，则该电池负极的电极反应式为___________。

 

Answer 1

【答案】

（共12分）（每空2分）

（1）CH₃OH(1) + O₂(g) = CO(g) + 2H₂O(1)  ΔH = –442.8 kJ·mol^{– 1}；

（2）①  <  ； K_C = K_B >K_A    ； 

② cd ；  2.25 ；

（3）CO  – 2e^–  +  4 OH^－ = CO₃^2-+ 2H₂O 

【解析】

试题分析：

（1）不完全燃烧生成CO 和H₂O ，由（①-②）*1/2+2*③得：方程式CH₃OH(1) + O₂(g) = CO(g) + 2H₂O(1)  ΔH = –442.8 kJ·mol^{– 1}；

（2）①CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)  ΔH>0  温度升高，CH₄转化率增大，由图，P相等，A——B CH₄转化率增大，T_l < T_2。 B和C点温度相同，平衡常数相等。因T_l < T₂ ,反应是吸热反应，故有K_C = K_B >K_{A  。}

②对于前后系数不等的反应，“容器的压强恒定”可做标志。CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)

v正(CH₄) ： v逆(H₂)=1:3  变形有3v正(CH₄) = v逆(H₂)。

CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)

初   1        2         0       0

变  1*0.5     0.5       0.5      3*0.5

平  0.5       1.5      0.5        1.5         K=0.5*1.5³/ 0.5*  1.5 = 2.25

（3）总：CO+1/2 O₂ +2OH^-= CO₃^2-+ H₂O     正极：1/2 O₂+2 e^–= 2OH^-   负极=总-正极

 负极：得CO  – 2e^–  +  4 OH^－ = CO₃^2-+ 2H₂O  。

考点：本题考查盖斯定律、平衡移动、平衡常数、平衡计算、原电池等知识。