Question

14．甲醇燃料電池被認為是21世紀電動汽車候選動力源
（1）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化為氫氣的兩種反應原理是：
①CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H₂
已知H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，則反應②的△H₂=-192.8kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上一般可采用如圖1所示反應來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），現(xiàn)實驗室模擬該反應并進行分析，圖1是該反應在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線

①該反應的焓變△H＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
②T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞K₂（填“＞”“＜”或“=”）
③現(xiàn)進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO和3molH₂，測得CO 和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應開始到平衡，CO的平均反應速率v（CO）=0.225mol/（L•min），該反應的平衡常數(shù)為K=$\frac{16}{3}$
④恒容條件下，達到平衡后，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大的有C
A．升高溫度                             B．充入He（g）
C．再充入1molCO 和3molH₂       D．使用催化劑．

Answer 1

分析 （1）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應②；
（2）根據(jù)先拐先平原則，由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，據(jù)此判斷反應熱，K₁與K₂關(guān)系；
由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）；根據(jù)圖象計算出反應消耗二氧化碳的濃度，然后計算出二氧化碳的轉(zhuǎn)化率；分別計算出平衡時各組分的濃度，然后利用平衡常數(shù)表達式計算出該溫度下的平衡常數(shù)；
要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應使平衡向正反應方向移動．

解答 解：（1）由蓋斯定律可知，①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ•mol^-1、③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ•mol^-1，①+③得到反應②，則△H₂=+49.0kJ•mol^-1+（-241.8kJ•mol^-1）=-192.8kJ•mol^-1，
故答案為：-192.8kJ•mol^-1；
（2）①根據(jù)先拐先平原則，由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應，
故答案為：＜；
②平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應；升高溫度，平衡向逆反應移動，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③由圖2可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min）；
平衡時c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，c（CO₂）=0.25mol/L，反應消耗二氧化碳濃度為0.75mol/L，則反應消耗氫氣濃度為0.75mol/L×3=2.25mol/L，則達到平衡時氫氣濃度為：c（H₂）=3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/L，所以該溫度下該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案為：0.225mol/（L•min）；$\frac{16}{3}$．
④要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應使平衡向正反應方向移動
A．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應物質(zhì)來說，濃度沒有變化，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤；
C．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效于在原來基礎(chǔ)上縮小體積一半，壓強增大，平衡向正反應方向移動，則n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．使用催化劑，平衡不移動，故n（CO）和n（CH₃OH）均不變，故D錯誤；
故答案為：C．

點評 本題為綜合題，涉及熱化學反應方程式的書寫、化學反應速率和平衡移動的影響因素等知識點，注重高考�？伎键c的考查，題目難度中等．