Question

（12分）甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業(yè)上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) ⊿H

已知某些化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	H—O
鍵能/kJ·mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：

（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，該反應的⊿H =        ；

（2）某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計）后在250°C開始反應，并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率=       ，該溫度下平衡常數(shù)K=          ，若升高溫度則K值           （填“增大”、“減小”或“不變”）；

（3）下列描述中能說明上述反應已達平衡的是          ；

A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

B、2v(H₂)_正=v(CH₃OH)_逆

C、容器中氣體的壓強保持不變                

D、單位時間內(nèi)生成nmolCO的同時生成2nmolH₂

（4）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動汽車的車載電池，其工作原理示意圖如右，該燃料電池的電池反應式為2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(l)，則負極的電極反應式為                                 。

 

Answer 1

【答案】

(12分) (1) -116 kJ·mol^－1     (2) 0.0125 mol·L^－1·min^－1 , 4 , 減小

   （3）AC              (4) 2 CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺

【解析】（1）反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，所以根據(jù)反應式可知，該反應的△H＝1072kJ·mol＋2×436kJ·mol－3×412kJ·mol－358kJ·mol－463kJ·mol＝－116kJ·mol.

（2）            CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

起始量（mol）    1      2           0

轉(zhuǎn)化量（mol）    x      2x          x

平衡量（mol）  1－x   2－2x         x

所以有

解得x＝0.5

CO表示的平均反應速率是＝0.0125 mol·L^－1·min^－1 。該溫度下平衡常數(shù)K=；正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡向逆反應方向進行，平衡常數(shù)減小。

（3）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)。混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以A可以說明；B中反應速率的方向相反，但不滿足速率之比是相應的化學計量數(shù)之比，不能說明；反應是體積減小的，所以壓強也是減小的，C可以說明；D中反應速率的方向是相同的，速率之比是相應的化學計量數(shù)之比，因此D中的關(guān)系始終是成立，不正確，答案選AC。

（4）原電池中負極失去電子，所以甲醇在負極通入。由于質(zhì)子交換膜只能允許氫離子通過，所以負極電極反應式是2 CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺。