题目内容

【题目】研究和开发CO2和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题。

(1)CO可用于合成甲醇。在体积可变的密闭容器中充入4molCO和8molH2,在催化剂作用下合成甲醇:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(Ⅰ),平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如下图所示:

①该反应的逆反应属于________反应;(填“吸热”或“放热”)。

②在0.1Mpa 、100℃的条件下,该反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的_________倍。(结果保留两位小数点)

③在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入4molCO,达到平衡时CO转化率________(填“增大”,“不变”或“减小”),平衡常数K________(填“增大”,“不变”或“减小”)。

(2)在反应(Ⅰ)中需要用到H2做反应物,以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。已知:

①CH4(g)+ H2O(g)= CO(g)+3H2(g) △H=+206.2 kJ·mol-1

②CH4(g)+ CO2(g)= 2CO(g)+2H2(g) △H=+247.4 kJ·mol-1

则CH4和H2O(g)反应生成CO2和H2的热化学方程式为: 。

(3)在反应(Ⅰ)中制得的CH3OH 即可以做燃料,还可以与氧气组成碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。则该燃料电池放电时:负极的电极反应式为____________________。

【答案】(1)吸热 (2)0.67 (3)减小 不变

(4)CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H=+165.0 kJ·mol-1

(5)CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

试题分析:(1)①由图可知,压强一定时,随温度升高,CO的转化率降低,故升高温度平衡向逆反应移动,则正反应为放热反应,因此逆反应是吸热反应;

②100℃,平衡时CO的转化率为0.5,所以参加反应的CO的物质的量为2mol。

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

开始(mol): 4 8 0

变化(mol): 2 4 2

平衡(mol): 2 4 2

因此该反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的倍。

③在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入4molCO,平衡向正反应移动,但CO的转化率减小,化学平衡常数只受温度影响,与浓度无关,温度不变,平衡常数不变;

(2)①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJmol-1

②CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJmol-1

依据盖斯定律计算,①×2—②即得到CH4和H2O(g)反应生成

CO2和H2的热化学方程式为CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) △H=+165.0 kJ·mol-1 ;

(3)该燃料电池放电时是原电池,负极上是甲醇失电子发生氧化还原反应生成碳酸盐,反应的电极反应式为CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O。

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