Question

【題目】以煤為原料可合成一系列燃料。

(1)已知：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ/mol，

②CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ/mol

請(qǐng)寫出甲醇燃燒生成H2O(g)的熱化學(xué)方程式_________；

(2)向1 L密閉容器中加入2 mol CO、4 mol H2，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟�，發(fā)生反應(yīng)：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71 kJ/mol

①該反應(yīng)能否_________自發(fā)進(jìn)行(填“能”、“不能”或“無法判斷”)

②下列敘述能說明此反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_________．

a．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變 b．CO和H2的轉(zhuǎn)化率相等

c．CO和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變 d．混合氣體的密度保持不變

e．1 mol CO生成的同時(shí)有1 mol O-H鍵斷裂

(3)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0在一定條件下，某反應(yīng)過程中部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表：

反應(yīng)條件	反應(yīng)時(shí)間	CO2(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)	H2O(mol)
恒溫恒容 (T1℃、2L)	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1

①0～10 min內(nèi)，用H2O(g)表示的化學(xué)反應(yīng)速率v(H2O)=_________mol/(L·min)；

span>②達(dá)到平衡時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_________(用分?jǐn)?shù)表示)，平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率是_________；

③在其他條件不變的情況下，若30 min時(shí)向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡_______移動(dòng)(填“正向”、“逆向”或“不”)；

(4)用甲醚(CH3OCH3)作為燃料電池的原料，請(qǐng)寫出在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極反應(yīng)式_________。

Answer 1

【答案】2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1352.8 kJ/mol 不能 d 0.025 50% 不 CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O

【解析】

(1)根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(2)①根據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)分析；

②根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，物質(zhì)的濃度不變、物質(zhì)的含量不變等分析判斷；

(3)①0～10 min內(nèi)H2物質(zhì)的量變化△n(H2)=6 mol-4.5 mol=1.5 mol，先計(jì)算H2表示的反應(yīng)速率，再根據(jù)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，可得用H2O表示的反應(yīng)速率；

②圖表中計(jì)算20 min時(shí)二氧化碳消耗物質(zhì)的量1 mol，同時(shí)生成1 mol甲醇，30 min甲醇物質(zhì)的量為1 mol，則20 min反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，結(jié)合物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算各種氣體的平衡濃度，可得氫氣轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)；

③在其它條件不變的情況下，若30 min時(shí)向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，計(jì)算此時(shí)濃度商，并與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；

(4)甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，依據(jù)電極反應(yīng)寫出電極反應(yīng)。

(1)已知：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ/mol，

②CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將①×3+②×2，整理可得2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1352.8 kJ/mol；

(2)①根據(jù)方程式2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71 kJ/mol可知：該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的吸熱反應(yīng)，ΔH＞0，ΔS＜0，反應(yīng)的自由能ΔG=ΔH－TΔS＞0，所以反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行；

②a．只有反應(yīng)物為氣體，加入的兩種氣體的物質(zhì)的量的比等于反應(yīng)消耗的二者的物質(zhì)的量的比，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量始終不變，因此不能據(jù)此說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，a錯(cuò)誤；

b．由于兩種氣體的起始量和變化量之比相同，CO和H2的轉(zhuǎn)化率始終相等，與反應(yīng)是否達(dá)到平衡無關(guān)，因此不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，b錯(cuò)誤；

c．由于生成物都是液體，氣體體積分?jǐn)?shù)始終不變，CO和H2的體積分?jǐn)?shù)保持不變，因此不能說明反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)，c錯(cuò)誤；

d．反應(yīng)前后氣體體積不變，氣體質(zhì)量發(fā)生變化，當(dāng)混合氣體的密度保持不變時(shí)，說明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，d正確；

e．1 mol CO生成的同時(shí)有1 mol O-H鍵斷裂，只能說明反應(yīng)逆向進(jìn)行，不能說明正、逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，e錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是d；

(3)①0～10 min內(nèi)氫氣物質(zhì)的量變化△n(H2)=6 mol-4.5 mol=1.5 mol，v(H2)==0.075 mol/(L·min)，由于化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，所以v(H2O)=v(H2)=×0.075 mol/(L·min)=0.025 mol/(L·min)；

②圖表中20 min時(shí)CO2反應(yīng)消耗1 mol，同時(shí)生成1 mol甲醇，30 min甲醇物質(zhì)的量也是1 mol，說明20 min反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。20 min時(shí)CO2反應(yīng)1 mol，同時(shí)消耗3 mol H2，反應(yīng)產(chǎn)生1 mol CH3OH和1 mol H2O，則此時(shí)各種氣體的物質(zhì)的量濃度：c(CO2)==0.5 mol/L，c(H2)==1.5 mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)==0.5 mol/L，故該條件下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==；平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率=×100%=50%；

③在其它條件不變時(shí)，若30 min時(shí)向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，Qc=== K，說明化學(xué)平衡不移動(dòng)；

(4)若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，在堿性介質(zhì)中電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。