Question

【題目】甲醇被稱為21世紀的新型燃料,研究和合成甲醇有著重要的意義。

(1)已知：①H2(g)+1/2O2(g)H2O(l) ΔH1<0；②CO2(g)CO(g)+1/2O2(g) ΔH2>0；③甲醇的燃燒熱為ΔH3。試用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)的ΔH, 則ΔH=__kJ·mol-1。

(2)該方法生產甲醇是目前工業上常用的方法。在一定溫度下，向2L密閉容器中充入1mol CO和2mol H2，發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)， 5分鐘反應達平衡，此時CO的轉化率為80%。請回答：

①下列敘述合確的是__________(填編號)。

A．達到平衡時,移走部分甲醇，平衡將向右移動，正反應速率加快

B．縮小容器的體積，平衡將向右移動，c(CO)將變大

C．在相同的條件下，若使用甲催化劑能使正反應速率加快105倍，使用乙催化劑能使逆反應速率加快108倍，則應該選用乙催化劑

D．若保持平衡時的溫度和容積不變，再向容器中充入0.8mol CO和0.6mol CH3OH，則此時v正>v逆

②在方框的坐標系中畫出甲醇的物質的量濃度隨時間的變化曲線 ___________________

(3)CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發生兩個平行反應,分別生成CH3OH和CO。

反應Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

反應Ⅱ: CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比為1:3時,溫度對CO2平衡轉化率及甲醇和CO產率的影響如圖2所示。

①由圖2可知溫度升高CO的產率上升,其主要原因可能是__________。

②由圖2可知獲取CH3OH最適宜的溫度是_____。

(4)近幾年開發的甲醇燃料電池的工作原理如圖所示:

電池中的質子交換膜只允許質子和水分子通過，電解質溶液為稀硫酸，則a電極的電極反應式為____。

Answer 1

【答案】ΔH=2ΔH1-ΔH2-ΔH3BCD反應Ⅱ正反應是吸熱反應,溫度升高平衡正向移動,CO產率升高250℃CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+

【解析】

（1）由已知，③為：CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH3，根據蓋斯定律，①×2-②-③得：CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) ΔH=2ΔH1-ΔH2-ΔH3。

（2）①A項，減小生成物濃度，化學平衡正向移動，正逆反應速率都減小，故A錯誤；

B項，增大壓強，化學平衡向氣體分子數減小的方向移動，因為該反應正向氣體分子數減小，所以縮小容器的體積，壓強變大，平衡將向右移動；體積縮小導致c(CO)變大，根據化學平衡移動原理，達到新平衡時c(CO)仍比原平衡時大，故B正確；

C項，催化劑能同等程度加快正逆反應速率，所以應選用乙催化劑，故C正確；

D項，由已知，5分鐘反應達平衡時各物質的濃度為：c(CO)=0.1mol/L、c(H2)=0.2mol/L、c(CH3OH)=0.4mol/L，所以K===100，若保持平衡時的溫度和容積不變，再向容器中充入0.8mol CO和0.6mol CH3OH，此時c(CO)=0.5mol/L、c(H2)=0.2mol/L、c(CH3OH)=0.7mol/L，Q===35<K，所以此時平衡正向移動，v正>v逆，故D正確。

綜上分析，符合題意的選項為BCD。

②由已知，甲醇的初始物質的量濃度為0，5分鐘反應達平衡，前面已經算出此時甲醇物質的量濃度為0.4mol/L，所以甲醇的物質的量濃度隨時間的變化曲線可用如圖表示：。

（3）由圖2可得，溫度升高，CO2平衡轉化率上升、CO的產率上升、溫度高于250℃時甲醇的產率降低，則：①反應Ⅱ正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產率升高；②獲取CH3OH最適宜的溫度是250℃。

（4）由圖可得，a電極原料是CH3OH和水，b電極原料為氧氣，電解質溶液為稀硫酸，質子交換膜只允許質子和水分子通過，則a極為電池負極，發生氧化反應生成CO2和H+，電極反應式為：CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+。