题目内容
能源短缺是人类社会面临的重大问题.甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景.工业上合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);△H

(1)已知,该反应在300℃,5MPa条件下能自发进行,则△H 0,△S 0 (填“<,>或=”).
(2)在300℃,5MPa条件下,将0.20mol的 CO与0.58mol H2的混合气体充入2L密闭容器发生反应,反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图1所示.
①在0~2min内,以H2表示的平均反应速率为 mol?L-1?s-1.
②列式计算300℃时该反应的平衡常数K= .
③300℃时,将0.50mol CO、1.00mol H2和1.00mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中,此时反应将 .
A.向正方向移动 B.向逆方向移动 C.处于平衡状态 D.无法判断
④下列措施可增加甲醇产率的是
A.压缩容器体积 B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大 D.再充入0.20mol CO和0.58mol H2
(3)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,该燃料电池的电池反应式为:CH3OH(l)+
O2(g)═CO2(g)+2H2O(l).其工作原理示意图如图2:
在上图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称(或化学式)负极的电极反应式为 .
(1)已知,该反应在300℃,5MPa条件下能自发进行,则△H
(2)在300℃,5MPa条件下,将0.20mol的 CO与0.58mol H2的混合气体充入2L密闭容器发生反应,反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图1所示.
①在0~2min内,以H2表示的平均反应速率为
②列式计算300℃时该反应的平衡常数K=
③300℃时,将0.50mol CO、1.00mol H2和1.00mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中,此时反应将
A.向正方向移动 B.向逆方向移动 C.处于平衡状态 D.无法判断
④下列措施可增加甲醇产率的是
A.压缩容器体积 B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大 D.再充入0.20mol CO和0.58mol H2
(3)甲醇-空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池,该燃料电池的电池反应式为:CH3OH(l)+
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在上图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称(或化学式)负极的电极反应式为
考点:反应热和焓变,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡的调控作用
专题:化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题
分析:(1)当△H-T△S<0时,反应自发进行,结合方程式分析即可;
(2)①据图分析出△c和△t即可求出;
②利用三段式法解答;
③据该温度下的K和Qc比较,当K>Qc时平衡正向移动,K<Qc时平衡逆向移动;
④结合影响平衡移动的因素,使平衡正向移动即可;
(3)甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应,甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极,反应生成二氧化碳,氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子,依据质子交换最终生成水;电极反应依据电池反应和正极电极反应计算得到.
(2)①据图分析出△c和△t即可求出;
②利用三段式法解答;
③据该温度下的K和Qc比较,当K>Qc时平衡正向移动,K<Qc时平衡逆向移动;
④结合影响平衡移动的因素,使平衡正向移动即可;
(3)甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应,甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极,反应生成二氧化碳,氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子,依据质子交换最终生成水;电极反应依据电池反应和正极电极反应计算得到.
解答:
解:(1)该反应的反应物有3mol气体,生成物有1mol气体,所以△S<0,反应自发进行△H-T△S<0,故△H必须小于0,故答案为:<;<;
(2)①2min时,甲醇浓度变化0.02mol/L,则氢气浓度变化为0.04mol/L,v(H2)=
=
=0.02mol/(L?min)-1
故答案为:0.02;
②CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
加入的(mol/L) 0.10 0.29 0
反应的(mol/L) 0.02 0.04 0.02
平衡后(mol/L) 0.08 0.25 0.02
K=
=
(mol/L)-2=4(mol/L)-2
故答案为:K=4(mol/L)-2;
③Qc=K=
=
=8>K=4,所以平衡逆向移动,选B,
故答案为:B;
④A、对于反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),反应物气体体积大于生成物,压缩容器体积时,压强增大,平衡正向移动,可增加甲醇产率,A正确;
B、分离出甲醇,平衡正向移动可增加甲醇产率,故B正确;
C、充入He,不影响各气体的分压,平衡不移动,不能增加甲醇产率,故C错误;
D、体积不变,再充入反应物气体,平衡正向移动,可增加甲醇产率,故D正确.
故选:ABD;
(3)①甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应,甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极,反应生成二氧化碳,氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子,依据质子交换最终生成水;所以a放出CO2;b通入甲醇水溶液;c通入O2;d流出水;标注如图:
,
电池反应为:2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l);
电池正极反应为:O2+4H++4e-=2H2O;
电池反应-正极反应×3得到负极电极反应为:CH3OH(l)+H2O(l)-6e-=CO2(g)+6H+;
故答案为:
;CH3OH(l)+H2O(l)-6e-=CO2(g)+6H+.
(2)①2min时,甲醇浓度变化0.02mol/L,则氢气浓度变化为0.04mol/L,v(H2)=
| △c |
| △t |
| 0.04mol/L |
| 2min |
故答案为:0.02;
②CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)
加入的(mol/L) 0.10 0.29 0
反应的(mol/L) 0.02 0.04 0.02
平衡后(mol/L) 0.08 0.25 0.02
K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2) |
| 0.02 |
| 0.08×0.252 |
故答案为:K=4(mol/L)-2;
③Qc=K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2) |
| 0.50 |
| 0.25×0.502 |
故答案为:B;
④A、对于反应CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),反应物气体体积大于生成物,压缩容器体积时,压强增大,平衡正向移动,可增加甲醇产率,A正确;
B、分离出甲醇,平衡正向移动可增加甲醇产率,故B正确;
C、充入He,不影响各气体的分压,平衡不移动,不能增加甲醇产率,故C错误;
D、体积不变,再充入反应物气体,平衡正向移动,可增加甲醇产率,故D正确.
故选:ABD;
(3)①甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应,甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极,反应生成二氧化碳,氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子,依据质子交换最终生成水;所以a放出CO2;b通入甲醇水溶液;c通入O2;d流出水;标注如图:
电池反应为:2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l);
电池正极反应为:O2+4H++4e-=2H2O;
电池反应-正极反应×3得到负极电极反应为:CH3OH(l)+H2O(l)-6e-=CO2(g)+6H+;
故答案为:
点评:本题考查了化学反应的反应热的计算、原电池的产物判断和电极判断,电极反应,盖斯定律的计算应用,理解概念是关键,原电池原理是常考重点,题目难度中等.
练习册系列答案
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