题目内容

【题目】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:①2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H1=﹣1275.6kJmol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2=﹣566.0kJmol-1

③H2O(g)=H2O(l) △H3=﹣44.0kJmol-1

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)工业上甲醇利用水煤气合成,反应为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH<0。在一定条件下,将1molCO和2molH2通入密闭容器中进行反应,当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示:

①平衡时,M点CH3OH的体积分数为10%,则CO的转化率为___。

②X轴上a点的数值比b点___(填“大”或“小”)。

③生产甲醇的原料CO和H2来源于:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H>0,一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图1。则T1___T2(填“<”、“>”、“=”,下同);A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的大小关系为____。

(3)现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成的燃料电池,采用电解法制备N2O5,装置如图2所示,其中Y为CO2。

写出石墨Ⅰ电极上发生反应的电极反应式___。在电解池中生成N2O5的电极反应式为___。

【答案】CH3OH(1)+O2(g)=CO(g)+2H2O(1) △H=﹣442.8kJmol-1 25% 小 < KC=KB>KA N2O4+2HNO3﹣2e-=2N2O5+2H+

【解析】

(1)根据盖斯定律得目标方程式,求得目标方程式焓变;

(2)①列三段式计算一氧化碳的转化率,②根据方程式系数及反应焓变判断反应的移动方向和温度压强的关系,进而判断,③平衡常数只与温度有关,根据温度比较平衡常数;

(3)判断阴阳极,正负极根据题目信息写出电极反应式即可。

(1)已知:①②③,根据盖斯定律,可得: ,

故答案为:;

(2)①设平衡时生成甲醇xmol,列三段式: ,根据M点的体积分数为10%,即 ,解得x=0.25,故的转化率为,

故答案为:25%;

② ,升温该反应逆向移动,即温度越高甲醇体积分数小,加压该反应正向移动,即压强越大甲醇体积分数越大,由图像可知Y轴代表温度,X轴代表压强,且abcd依次增大,

故答案为:小;

③该反应为吸热反应,温度越高甲烷转化率越大,故T1<T2;对于吸热反应,温度越高平衡常数越大,且相同温度下平衡常数相同,故KC=KB>KA,

故答案为:<;KC=KB>KA;

(3)石墨Ⅰ电极通入氢气,发生氧化反应生成水,电极反应式为: ;电解池发生氧化反应生成,电极反应式为:,

故答案为:;。

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