Question

【題目】甲醇(CH3OH)熱值高、無污染，既可做燃料，又是重要的化工原料。科學(xué)家正研究利用CO2生產(chǎn)甲醇以發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)。

(1)已知CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱分別為283kJmol-1和726kJmol-1。則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為______。

(2)根據(jù)甲醇在酸性電解質(zhì)溶液中與氧氣作用生成二氧化碳和水的反應(yīng)，設(shè)計一種燃料電池，則其負(fù)極反應(yīng)式為______。若該燃料電池消耗1mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為689.7kJ，與其燃燒所能釋放的全部能量相比，該燃料電池的理論效率為______。

(3)探究不同條件下對合成甲醇反應(yīng)的影響：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。

①其他條件不變，T1、T2兩種溫度下CH3OH的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖，則該反應(yīng)在T1時的平衡常數(shù)比T2時的______(填“大”、“小”)，處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T1變到T2，達(dá)到平衡時______(填“增大”、“減小”或“不變”)。

②某溫度下，在體積為1L的密閉容器中加入4molCO2、8molH2，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖曲線(甲)所示：

則a→b時間段內(nèi)v(CH3OH)=______molL-1min-1；若僅改變某一條件再進(jìn)行實驗，測得H2的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線(乙)所示。曲線(乙)對應(yīng)改變的實驗條件可以是______(填序號)。

A.加催化劑 B.增大壓強(qiáng) C.升高溫度 D.增大CO2濃度

若圖中曲線甲平衡后保持恒溫恒容，按如表各組的物質(zhì)的量再次增加投入反應(yīng)混合物，其中平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行的是______。

物質(zhì)	n(CO2)	n(H2)	n(CH3OH)	n(H2O)
A	0	0	1	1
B	1	0	1	0
C	0	1	1	0

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=-443kJmol-1 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 95% 大 增大 0.5 BD C

【解析】

(1)根據(jù)CO(g)和CH3OH(l)的燃燒熱，寫出熱化學(xué)方程式，再根據(jù)蓋斯定律分析解答；

(2)燃料電池中，通入燃料的電極做負(fù)極，則負(fù)極為甲醇放電生成CO2，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式；燃料電池的理論效率=×100%；

(3)①根據(jù)圖象，結(jié)合平衡移動原理進(jìn)行分析；②由圖可知：a→b時間段內(nèi)，△n(H2)=3mol，△t=2min，據(jù)此計算v(H2)=，v(CH3OH)=v(H2)；根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素分析判斷；先根據(jù)三段式求出平衡常數(shù)K，再根據(jù)Qc與K比較判斷平衡移動的方向。

(1)CO(g)的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：①CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=-283kJmol-1；CH3OH(l)的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：②CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)②-反應(yīng)①即可得甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=-726kJmol-1+283kJmol-1 = -443kJmol-1，故答案為：CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=-443kJmol-1；

(2)對于燃料電池，燃料做負(fù)極，則負(fù)極為甲醇放電生成CO2，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移、電荷守恒，電極反應(yīng)式為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；該燃料電池的理論效率=×100%=95%，故答案為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；95%；

(3)①由圖可知，T1溫度下，平衡時甲醇的物質(zhì)的量更多，所以T1時的平衡常數(shù)比T2時的大；T2溫度下反應(yīng)先達(dá)平衡，則T2＞T1，且甲醇的物質(zhì)的量減少，說明平衡逆移，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T1變到T2，相當(dāng)于升高溫度，平衡逆移，增大，故答案為：大；增大；

②由圖可知：a→b時間段內(nèi)，△n(H2)=3mol，△t=2min，則v(H2)====1.5mol/(Lmin)，v(CH3OH)=v(H2)=0.5mol/(Lmin)；A、加入催化劑，平衡不移動， H2平衡的物質(zhì)的量不變，故A錯誤；B、增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，平衡正移，H2的物質(zhì)的量減小，符合圖象變化，故B正確；C、升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡逆移，H2的物質(zhì)的量增大，不符合圖象變化，故C錯誤；D、增大CO2濃度，反應(yīng)速率加快，平衡正移，H2的物質(zhì)的量減小，符合圖象變化，故D正確；故選BD；

平衡常數(shù)K===0.25(mol/L)-2，A、只加生成物，則平衡逆移，故A錯誤；B、Qc==0.25=K，平衡不移動，故B錯誤；C、Qc==0.11＜K，平衡正移，故C正確；故選C，故答案為：0.5；BD；C。