Question

甲醇是一種優(yōu)質(zhì)的液體燃料，CO和CO₂均可用于合成甲醇。
目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂(g) +3H₂(g) ＝CH₃OH(g)+H₂O(g)   △H₁
（1）已知：2CO(g) +O₂(g) ＝2CO₂(g) △H₂
2H₂(g)+O₂(g) ＝2H₂O(g)    △H₃
則CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g)的△H＝                 。
（2）由CO合成甲醇時(shí)，CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。

該反應(yīng)ΔH     0（填“>”或“ <”）。實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是                         。
（3）
一定溫度下，向2L密閉容器中加入1mol CH₃OH (g)，發(fā)生反應(yīng)：CH₃OH(g)  CO(g) + 2H₂(g)，H₂物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示。0~2 min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v(CH₃OH)=              。
該溫度下，CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g)的平衡常數(shù)K=           。
相同溫度下，若開始加入CH₃OH(g)的物質(zhì)的量是原來的2倍，則    是原來的2倍。
a．平衡常數(shù)   b．CH₃OH的平衡濃度   c．達(dá)到平衡的時(shí)間  d．平衡時(shí)氣體的密度
（4）以CH₃OH為燃料（以KOH溶液作電解質(zhì)溶液）可制成CH₃OH燃料電池。
①充入CH₃OH的電極為      極；
②負(fù)極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為                     。

Answer 1

（1）△H₁+△H₂ －△H₃ 。（2分）
（2）<；（1分）  在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失。（3分）
（3）0.125mol·L^－1· min^－1；（2分）   4 L²·mol^－2；（2分）    d。（1分）
（4）①負(fù)；（1分）   ②CH₃OH － 6e^－+8OH^－= CO₃^2－+6H₂O。（2分）

（1）根據(jù)蓋斯定律①+②—③可知，CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g) △H＝△H₁+△H₂ －△H₃
（2）由圖示可知，在相同的壓強(qiáng)下，升高溫度時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率降低，即升溫平衡左移，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH<0
相對(duì)低溫有利于提高產(chǎn)率，且在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失，故選擇條件為250℃、1.3×10⁴kPa
（3）反應(yīng)：CH₃OH(g)  CO(g) + 2H₂(g)
初n：        1            0       0
△n：         0.5          0.5      1
平衡n：       0.5          0.5      1
v(CH₃OH)== 0.125mol·L^－1· min^－1；
該溫度下，CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g)的平衡常數(shù)K=4 L²·mol^－2；
恒容、恒溫情況下，若開始加入CH₃OH(g)的物質(zhì)的量是原來的2倍：
a．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，是定值；
b．相當(dāng)于加壓，CH₃OH的平衡濃度將大于原平衡濃度的兩倍
c．增加反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡的時(shí)間將減小，但沒有定量關(guān)系
d．混合物的質(zhì)量為原先的兩倍，故平衡時(shí)氣體的密度為原先的兩倍，符合題意
（4）燃料電池中通入氧氣的一極得電子，為正極，而燃料甲醇失電子，做負(fù)極
電池總反應(yīng)為：2CH₃OH＋3O₂+4OH^—=6H₂O+2 CO₃^2－
正極反應(yīng)為：O₂＋4e^－＋2H₂O=4OH^－
總反應(yīng)減去正極反應(yīng)得到負(fù)極反應(yīng)：CH₃OH － 6e^－+8OH^－= CO₃^2－+6H₂O