Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，發展前景廣闊。

（1）利用甲醇可制成微生物燃料電池（利用微生物將化學能直接轉化成電能的裝置）。某微生物燃料電池裝置如右圖所示：A極是________極（填“正”或“負”），其電極反應式是________。

（2）研究表明CO2加氫可以合成甲醇。CO2和H2可發生如下兩個反應：

I．CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1

II．CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2

①反應I的化學平衡常數表達式K＝________。

②有利于提高反應I中 CO2的平衡轉化率的措施有________（填序號）。

a．使用催化劑 b．加壓 c．增大CO2和H2的初始投料比

③研究溫度對于甲醇產率的影響。在210 ℃~290 ℃，保持原料氣中CO2和H2的投料比不變，按一定流速通過催化劑甲，主要發生反應I，得到甲醇的實際產率、平衡產率與溫度的關系如右圖所示。

ΔH1________0（填“＞”、“＝”或“＜”），其依據是________。

④某實驗控制壓強一定，CO2和H2初始投料比一定，按一定流速通過催化劑乙，經過相同時間測得如下實驗數據（反應未達到平衡狀態）：

T（K）	CO2實際轉化率（%）	甲醇選擇性（%）【注】
543	12.3	42.3
553	15.3	39.1

【注】甲醇選擇性：轉化的CO2中生成甲醇的百分比

表中實驗數據表明，升高溫度，CO2的實際轉化率提高而甲醇的選擇性降低，其原因是________。

Answer 1

【答案】 負 CH3OH — 6e + H2O == CO2 + 6H+ b ＜ 溫度升高，甲醇的平衡產率降低 溫度升高，I、II的反應速率均加快，但對II的反應速率的影響更大

【解析】（1）由電池裝置圖可知，該電池是甲醇燃料電池，由于使用了質子交換膜，所以電解質是酸性的，通入還原劑甲醇的電極A是負極，其電極反應式是CH3OH — 6e + H2O == CO2 + 6H+。

（2）①反應I的化學平衡常數表達式K＝。

②反應I是一個氣體分子數增大的反應，故加壓有利于提高反應I中 CO2的平衡轉化率，選b。增大CO2和H2的初始投料比，只能減小其轉化率；催化劑不影響平衡轉化率。

③由圖可知，甲醇的平衡產率隨溫度升高而減小，所以該反應是放熱反應，ΔH1＜ 0。

④表中實驗數據表明，升高溫度，CO2的實際轉化率提高而甲醇的選擇性降低，其原因是溫度升高，I、II的反應速率均加快，但對II的反應速率的影響更大（即有更多的二氧化碳發生了副反應）。