Question

【題目】以煤為原料可合成一系列燃料。

(1)已知：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ/mol，

②CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ/mol

請寫出甲醇燃燒生成H2O(g)的熱化學方程式_________；

(2)向1 L密閉容器中加入2 mol CO、4 mol H2，在適當的催化劑作用下，發(fā)生反應：2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71 kJ/mol

①該反應能否_________自發(fā)進行(填“能”、“不能”或“無法判斷”)

②下列敘述能說明此反應達到平衡狀態(tài)的是_________．

a．混合氣體的平均相對分子質量保持不變 b．CO和H2的轉化率相等

c．CO和H2的體積分數保持不變 d．混合氣體的密度保持不變

e．1 mol CO生成的同時有1 mol O-H鍵斷裂

(3)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0在一定條件下，某反應過程中部分數據如下表：

反應條件	反應時間	CO2(mol)	H2(mol)	CH3OH(mol)	H2O(mol)
恒溫恒容 (T1℃、2L)	0min	2	6	0	0
	10min		4.5
	20min	1
	30min			1

①0～10 min內，用H2O(g)表示的化學反應速率v(H2O)=_________mol/(L·min)；

span>②達到平衡時，該反應的平衡常數K=_________(用分數表示)，平衡時H2的轉化率是_________；

③在其他條件不變的情況下，若30 min時向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，則平衡_______移動(填“正向”、“逆向”或“不”)；

(4)用甲醚(CH3OCH3)作為燃料電池的原料，請寫出在堿性介質中電池負極反應式_________。

Answer 1

【答案】2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1352.8 kJ/mol 不能 d 0.025 50% 不 CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將已知熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

(2)①根據反應自發(fā)進行的判斷依據分析；

②根據反應達到平衡狀態(tài)時，物質的濃度不變、物質的含量不變等分析判斷；

(3)①0～10 min內H2物質的量變化△n(H2)=6 mol-4.5 mol=1.5 mol，先計算H2表示的反應速率，再根據速率之比等于化學方程式計量數之比，可得用H2O表示的反應速率；

②圖表中計算20 min時二氧化碳消耗物質的量1 mol，同時生成1 mol甲醇，30 min甲醇物質的量為1 mol，則20 min反應處于平衡狀態(tài)，結合物質轉化關系計算各種氣體的平衡濃度，可得氫氣轉化率和平衡常數；

③在其它條件不變的情況下，若30 min時向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，計算此時濃度商，并與平衡常數比較，判斷反應進行方向；

(4)甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負極失電子發(fā)生氧化反應，依據電極反應寫出電極反應。

(1)已知：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) ΔH=-483.6 kJ/mol，

②CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49.0 kJ/mol

根據蓋斯定律，將①×3+②×2，整理可得2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) ΔH=-1352.8 kJ/mol；

(2)①根據方程式2CO(g)+4H2(g)CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71 kJ/mol可知：該反應的正反應是氣體體積減小的吸熱反應，ΔH＞0，ΔS＜0，反應的自由能ΔG=ΔH－TΔS＞0，所以反應不能自發(fā)進行；

②a．只有反應物為氣體，加入的兩種氣體的物質的量的比等于反應消耗的二者的物質的量的比，混合氣體的平均相對分子質量始終不變，因此不能據此說明反應處于平衡狀態(tài)，a錯誤；

b．由于兩種氣體的起始量和變化量之比相同，CO和H2的轉化率始終相等，與反應是否達到平衡無關，因此不能說明反應是否處于平衡狀態(tài)，b錯誤；

c．由于生成物都是液體，氣體體積分數始終不變，CO和H2的體積分數保持不變，因此不能說明反應是否處于平衡狀態(tài)，c錯誤；

d．反應前后氣體體積不變，氣體質量發(fā)生變化，當混合氣體的密度保持不變時，說明反應處于平衡狀態(tài)，d正確；

e．1 mol CO生成的同時有1 mol O-H鍵斷裂，只能說明反應逆向進行，不能說明正、逆反應速率相同，反應處于平衡狀態(tài)，e錯誤；

故合理選項是d；

(3)①0～10 min內氫氣物質的量變化△n(H2)=6 mol-4.5 mol=1.5 mol，v(H2)==0.075 mol/(L·min)，由于化學反應速率之比等于化學方程式計量數之比，所以v(H2O)=v(H2)=×0.075 mol/(L·min)=0.025 mol/(L·min)；

②圖表中20 min時CO2反應消耗1 mol，同時生成1 mol甲醇，30 min甲醇物質的量也是1 mol，說明20 min反應處于平衡狀態(tài)。20 min時CO2反應1 mol，同時消耗3 mol H2，反應產生1 mol CH3OH和1 mol H2O，則此時各種氣體的物質的量濃度：c(CO2)==0.5 mol/L，c(H2)==1.5 mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)==0.5 mol/L，故該條件下反應的化學平衡常數K==；平衡時H2的轉化率=×100%=50%；

③在其它條件不變時，若30 min時向容器中再充入1 mol CO2(g)和1 mol H2O(g)，Qc=== K，說明化學平衡不移動；

(4)若用甲醚作為燃料電池的原料，甲醚在負極失電子，發(fā)生氧化反應，在堿性介質中電池負極的電極反應式為：CH3OCH3-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O。