Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景。工業(yè)上一般采用下列反應合成甲醇:CO2(g)+3H(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在體積為2L的密閉容器中，充入2molCO2和9molH2，測得CO2(g)和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示:

（1）該反應的平衡常數(shù)K表達式為___________。

（2）0~10min時間內(nèi)，該反應的平均反應速率v(H2O)=_______________，H2的轉(zhuǎn)化率為_____________。

（3）下列敘述中，能說明反應已達到化學平衡狀態(tài)的是______(填字母)。

A.容器內(nèi)CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的濃度之比為1:3:1:1

B.v(CO2)正:v(H2)逆=1:3

C.平衡常數(shù)K保持不變

D.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

（4）已知在常溫常壓下:

①2CH3OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) △H1 =-1452.8kJ·mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2 =-566.0kJ·mol-1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式:____________________________。

（5）中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆。甲醇燃料電池的工作原理如下圖所示:

①該電池工作時，c口通人的物質(zhì)為_____________。

②該電池負極的電極反應式為______________________________。

Answer 1

【答案】 0.075 mol/(L·min) 50% BD CH3OH(l)＋O2(g)＝2H2O(l)＋CO(g) ΔH＝－443.4 kJ/mol O2（或空氣） CH3OH＋H2O－6e－＝CO2＋6H＋

【解析】（1）本題考查平衡常數(shù)的表達式，根據(jù)化學平衡常數(shù)的定義，K；（2）本題考查化學反應速率的計算以及化學平衡的計算，根據(jù)圖像以及化學反應速率的數(shù)學表達式，v(CO2)=(1.00－0.25)/10mol/(L·min)=0.075 mol/(L·min)，根據(jù)化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，因此有v(CO2)=v(H2O)=0.075mol/(L·min)，消耗CO2的物質(zhì)的量為(1－0.25)×2mol=1.5mol，則 消耗氫氣的物質(zhì)的量為1.5×3mol=4.5mol，即氫氣的轉(zhuǎn)化率為4.5/9×100%=50%；（3）本題考查化學平衡狀態(tài)的判斷，A、根據(jù)圖像，達到平衡時，四種物質(zhì)的濃度不等于1：3：1：1，故A錯誤；B、v(CO2)正，反應向正反應方向進行，v(H2)逆，反應向逆反應方向進行，且兩者反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，v(CO2)正:v(H2)逆=1:3，說明反應達到平衡，故B正確；C、化學平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，化學平衡常數(shù)不變，因此化學平衡常數(shù)不變，不能說明反應達到平衡，故C錯誤；D、根據(jù)M=m/n，組分都是氣體，則氣體質(zhì)量不變，反應先后氣體系數(shù)之和不相等，則當n不變時，即M不變時，說明反應達到平衡，故D正確；（4）本題考查熱化學反應方程式的計算，根據(jù)蓋斯定律，因此有(①－②)/2得出CH3OH(l)＋O2(g)＝2H2O(l)＋CO(g) ΔH＝－443.4 kJ/mol；（5）本題考查燃料電池以及電極反應式的書寫，①根據(jù)H＋移動的方向，H＋從負極移向正極，通燃料的一極為負極，通氧氣的一極為正極，即c口通入的是O2或空氣；②環(huán)境是酸性，因此負極反應式為CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋。