Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，发展前景广阔。

（1）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右图所示：A极是________极（填“正”或“负”），其电极反应式是________。

（2）研究表明CO2加氢可以合成甲醇。CO2和H2可发生如下两个反应：

I．CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1

II．CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2

①反应I的化学平衡常数表达式K＝________。

②有利于提高反应I中 CO2的平衡转化率的措施有________（填序号）。

a．使用催化剂 b．加压 c．增大CO2和H2的初始投料比

③研究温度对于甲醇产率的影响。在210 ℃~290 ℃，保持原料气中CO2和H2的投料比不变，按一定流速通过催化剂甲，主要发生反应I，得到甲醇的实际产率、平衡产率与温度的关系如右图所示。

ΔH1________0（填“＞”、“＝”或“＜”），其依据是________。

④某实验控制压强一定，CO2和H2初始投料比一定，按一定流速通过催化剂乙，经过相同时间测得如下实验数据（反应未达到平衡状态）：

T（K）	CO2实际转化率（%）	甲醇选择性（%）【注】
543	12.3	42.3
553	15.3	39.1

【注】甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醇的百分比

表中实验数据表明，升高温度，CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是________。

Answer 1

【答案】 负 CH3OH — 6e + H2O == CO2 + 6H+ b ＜ 温度升高，甲醇的平衡产率降低 温度升高，I、II的反应速率均加快，但对II的反应速率的影响更大

【解析】（1）由电池装置图可知，该电池是甲醇燃料电池，由于使用了质子交换膜，所以电解质是酸性的，通入还原剂甲醇的电极A是负极，其电极反应式是CH3OH — 6e + H2O == CO2 + 6H+。

（2）①反应I的化学平衡常数表达式K＝。

②反应I是一个气体分子数增大的反应，故加压有利于提高反应I中 CO2的平衡转化率，选b。增大CO2和H2的初始投料比，只能减小其转化率；催化剂不影响平衡转化率。

③由图可知，甲醇的平衡产率随温度升高而减小，所以该反应是放热反应，ΔH1＜ 0。

④表中实验数据表明，升高温度，CO2的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因是温度升高，I、II的反应速率均加快，但对II的反应速率的影响更大（即有更多的二氧化碳发生了副反应）。