Question

【題目】甲醇(結構式)是一種基礎有機化工原料，應用廣泛。工業上可利用廢氣中的CO2合成CH3OH，發生反應CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－49 kJ·mol-1。

(1)已知反應中的相關化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	O-H	C-O	C=O
E/(kJmol-1)	465	343	750

甲醇中C－H鍵比氫氣中H－H鍵____(填“強”或“弱”)。相同條件下該反應的正反應活化能Ea(正)＝210 kJ·mol-1，則逆反應活化能Ea(逆)＝______kJ·mol-1。

(2)在1 L恒容密閉容器中充入CO2和H2，所得實驗數據如下表

實驗編號	溫度/。C	起始時物質的量/mol		平衡時物質的量/mol
		n(CO2)	n(H2)	n(CH3OH)
①	150	0.23	0.19	0.03
②	200	0.10	0.26	0.02
③	200	0.17	a	0.01

實驗①平衡常數K＝______，若在該溫度下起始時加入二氧化碳、氫氣、甲醇氣體和水蒸氣各0.10 mol，這時反應向________移動(填“正反應方向”、“逆反應方向”或“不”)，判斷理由是______。

實驗②達到平衡時H2轉化率為____。

實驗③a＝_________。

(3)甲醇、空氣和稀硫酸可以形成燃料電池，其正極電極反應式為________。

Answer 1

【答案】弱 259 4.5 逆反應方向 Q= 23.08% 0.13

【解析】

(1)根據△H=反應的總鍵能－生成物的總鍵能，有△H=(2×750＋3EH－H)kJ·mol－1－(3EC－H×2＋465×3)kJ·mol－1=－49kJ·mol－1，則EH－H－EC－H=63kJ·mol－1＞０，因此甲醇中C－H鍵比氫氣中H－H鍵弱；

根據△H=正反應活化能－逆反應的活化能=Ea(正)－Ea(逆)=－49kJ·mol－1，解得Ea(逆)=259KJ/mol；

(2)利用三等式求平衡常數，有

則實驗①的平衡常數；

若在該溫度下起始時加入二氧化碳、氫氣、甲醇氣體和水蒸氣各0.10mol，此時的濃度商，則此時反應向逆反應方向移動；

實驗②，開始投入H2的物質的量為0.26mol，達到平衡時得到0.02molCH3OH，根據化學方程式，需要消耗0.06molH2，則氫氣的轉化率達到平衡時H2的轉化率，有；

實驗③和實驗②所處溫度相同，平衡常數相同，利用平衡常數相同，求a的值，利用三等式和實驗②，求出該溫度下的平衡常數，有

則實驗③的三等式，有

；

因溫度相同，則平衡常數相等

解得a=0.13；

(3)甲醇、空氣和稀硫酸可以形成燃料電池，正極得電子，發生還原反應，則正極反應式為O2＋4e－＋4H＋=2H2O。