Question

【題目】甲醇在工業(yè)中有廣闊的用途

已知：①2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(l) △H=－a kJ·mol－1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=－b kJ·mol－1

(1)反應(yīng)2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1)的△H=___________。

(2)CH3OH不充分燃燒時(shí)，生成C、CO和CO2以及氣態(tài)水，將所有的產(chǎn)物通入一個(gè)10L的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生可逆反應(yīng)：

CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H>0

①有利于提高CO平衡轉(zhuǎn)化率的條件是___________。(填正確答案標(biāo)號(hào))

A.高溫 B.低溫 C.低壓 D.高壓

②下列事實(shí)能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡的是___________。(填正確答案標(biāo)號(hào))

A.體系中的顏色不發(fā)生變化 B. v正(CO)/v逆(H2)=1

C.c(CO)/c(H2)=1 D.CO2的濃度不再發(fā)生變化

③向該密閉容器中充入2 mol CO，4.8molH2O。在200℃下，20分鐘后達(dá)到平衡，測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，v(CO2)=___________；該溫度下的平衡常數(shù)是___________。

(3)在加熱條件下用甲醇?xì)庀喾ㄖ苽銫O和H2時(shí)，常采用加NiO作催化劑。發(fā)生2CH3OH(l)2CO(g)+4H2(g) △H>0，日產(chǎn)量與溫度的關(guān)系如圖所示。

①保證較高日產(chǎn)量的適宜溫度是______________；

②310℃以后日產(chǎn)量下降的原因可能是___________。

(4)21世紀(jì)甲醇燃料電池是最佳動(dòng)力源之一。甲醇空氣電池成為了車(chē)載電池，該燃料電池工作時(shí)的電池反應(yīng)：2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1)。原理如圖

①c處應(yīng)通入_________________________________；

②該電池的負(fù)極反應(yīng)式為_________________________________。

Answer 1

【答案】—（a+b）kJ·mol－1 A BD 0.006mol/(L·min) 0.5 230~310℃ 催化劑活性降低或發(fā)生了副反應(yīng) 氧氣或空氣 CH3OH—6e—+H2O = CO2↑+6H+

【解析】

（1）由蓋斯定律計(jì)算可得；

（2）①該反應(yīng)為氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，改變壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；

②依據(jù)平衡時(shí)正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，各物質(zhì)濃度保持不變，以及衍生的物理量不變進(jìn)行分析判斷；

③依據(jù)題給數(shù)據(jù)建立三段式計(jì)算反應(yīng)速率和平衡常數(shù)；

（4）由原理圖中陽(yáng)離子移動(dòng)方向可知，左電極為負(fù)極，右電極為正極，酸性條件下，負(fù)極上CH3OH發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，b處通入CH3OH，正極上氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成水，c處通入O2。

（1）由蓋斯定律可知①+②得反應(yīng)2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1)，則△H=△H1—△H2=—（a+b）kJ·mol－1，故答案為：—（a+b）kJ·mol－1；

（2）①該反應(yīng)為氣體體積不變的吸熱反應(yīng)，改變壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO平衡轉(zhuǎn)化率增大，故選A，故答案為：A；

②A、反應(yīng)物和生成物都是無(wú)色氣體，體系中的顏色不發(fā)生變化不能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡，錯(cuò)誤；

B、v正(CO)/v逆(H2)=1說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡，正確；

C、一定條件下可以達(dá)到c(CO)/c(H2)=1，但不能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡，錯(cuò)誤；

D、達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各物質(zhì)濃度保持不變，則CO2的濃度不再發(fā)生變化說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡，正確；

故選BD，故答案為：BD；

③20分鐘后達(dá)到平衡，測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為60%，由題給數(shù)據(jù)建立如下三段式：

CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（mol/L） 0.2 0.48 0 0

變（mol/L） 0.12 0.12 0.12 0.12

平（mol/L） 0.08 0.36 0.12 0.12

v(CO2)= 0.12mol/L/20min=0.006mol/(L·min)；平衡常數(shù)K=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)= (0.12mol/L×0.12mol/L)/( 0.08mol/L×0.36mol/L)=0.5，故答案為：0.006mol/(L·min)；0.5；

（3）①由圖可知230~310℃時(shí)，日產(chǎn)量較高，故答案為：230~310℃

②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，理論上，升高溫度，平衡右移，日產(chǎn)量增大，由圖可知，溫度升高，日產(chǎn)量下降，可能是催化劑活性降低或發(fā)生了副反應(yīng)，故答案為：催化劑活性降低或發(fā)生了副反應(yīng)；

（4）由原理圖中陽(yáng)離子移動(dòng)方向可知，左電極為負(fù)極，右電極為正極，酸性條件下，負(fù)極上CH3OH發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，b處通入CH3OH，正極上氧氣發(fā)生還原反應(yīng)生成水，c處通入O2。

①由圖可知，b處通入CH3OH，c處應(yīng)通入O2，故答案為：氧氣或空氣；

②左電極為負(fù)極，負(fù)極上CH3OH發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳，電極反應(yīng)式為CH3OH—6e—+H2O = CO2↑+6H+，故答案為：CH3OH—6e—+H2O = CO2↑+6H+。