Question

【題目】甲醇可作為燃料電池的原料。通過(guò)下列反應(yīng)可以制備甲醇：CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H ＝－90.8 kJ·mol－1 ，在一容積可變的密閉容器中充入10 mol CO 和20 mol H2，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖所示，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A 時(shí)，容器的體積為20 L。

（1）T1℃反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______________。

（2）圖中P1 _______ P2（填“>”、“<”或“=”）。如反應(yīng)開始時(shí)仍充入10 mol CO和20 mol H2，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V(B)=__________L。

（3）關(guān)于反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化學(xué)平衡狀態(tài)B時(shí)的描述正確的是________

A．CO的含量保持不變 B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等

C．2v正(CH3OH)= v正(H2) D．容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

（4）已知CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJ·mol－1 ，試寫出由CO2和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式___________________________________。

（5）以CH3OH、O2、稀H2SO4組成燃料電池，寫出該電池正極的電極反應(yīng)式：_________________。

Answer 1

【答案】4L2/mol2<4ADCO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H = －49.5kJ·mol－1O2 + 4e- + 4H+= 2H2O

【解析】

（1）T1℃利用A點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式，計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；

（2）正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，T1℃時(shí)比較CO的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越大，則壓強(qiáng)越大；A、B反應(yīng)溫度相等，則平衡常數(shù)相等，利用平衡常數(shù)計(jì)算；

（3）平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項(xiàng)；

（4）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大；B．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時(shí)a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度T1＜T3，溫度越高，反應(yīng)速率越快；b、d兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，溫度越高，反應(yīng)速率越大；C．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時(shí)a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T1＜T3，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，K值增大．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同；D．CO轉(zhuǎn)化率的越大，n總越小，由M=，判斷；

（5）該燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，則1molCH3OH失去電子，轉(zhuǎn)化為CO2，共失去6mole-，電解質(zhì)溶液中含有CO32-，得到電極反應(yīng)式。

（1）T1℃利用A點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則CO轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度為：×50%=0.25mol/L，H2、CH3OH轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度分別為：0.5mol/L、0.25mol/L，平衡時(shí)，CO、H2、CH3OH濃度分別為：0.25mol/L、-0.5mol/L=0.5mol/L、0.25mol/L，K==4 L2mol-2；

（2）正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，T1℃時(shí)比較CO的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越大，則壓強(qiáng)越大，圖象中P2轉(zhuǎn)化率大于P1，可知P1＜P2；A、B兩容器溫度相同，即化學(xué)平衡常數(shù)相等，且B點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，

則 CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）： 10 20 0

轉(zhuǎn)化（mol）： 8 16 8

平衡（mol）： 2 4 8

設(shè)體積為VL，則有K==4，V=4L；

（3）CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），

A．CO的含量保持不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，選項(xiàng)A正確；B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等，與消耗量和起始量有關(guān)反應(yīng)不一定達(dá)到平衡，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比是正反應(yīng)速率之比，若2V正（CH3OH）=V逆（H2）說(shuō)明V正（H2）=V逆（H2）說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，但題給條件為2V正（CH3OH）=V正（H2），選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．混合氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后體積不同，反應(yīng)過(guò)程中密度變化，容器中混合氣體的密度保持不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，選項(xiàng)D正確；答案選AD；

（4）利用蓋斯定律，消去兩個(gè)熱化學(xué)方程式中的CO，可得到答案，寫出熱化學(xué)方程式為：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5 kJ/mol；

（5）該燃料電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，則氧氣得電子酸性條件下與氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：O2 + 4e- + 4H+= 2H2O。