Question

（12分）甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) ⊿H  已知某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	H—O
鍵能/kJ·mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：

（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，該反應的⊿H=      ；

（2）某化學研究性學習小組模擬工業合成甲醇的反應，在容積固定為2L的密閉容器內充入1molCO和2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計）后在250°C開始反應，并用壓力計監測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率=      ，該溫度下平衡常數K=     ，若升高溫度則K值      （填“增大”、“減小”或“不變”）；

（3）下列描述中能說明上述反應已達平衡的是      ；

    A、容器內氣體的平均摩爾質量保持不變   

B、2v(H₂)_正=v(CH₃OH)_逆

    C、容器中氣體的壓強保持不變            

D、單位時間內生成nmolCO的同時生成2nmolH₂

（4）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動汽車的車載電池，其工作原理示意圖如右，該燃料電池的電池反應式為2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(l)，則負極的電極反應式為      。

 

Answer 1

【答案】

（1）-116 kJ·mol^-1；（無單位得1分，下同）  （2）0.0125mol/(L·min)，4，減小

（3）AC（單選A或C得1分）                           （4）2CH₃OH－12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺

【解析】（1）反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，所以根據鍵能可知，該反應的反應熱是1072kJmol＋2×436kJ/mol－3×413kJ/mol－358kJ/mol－463kJ/mol＝－116kJ/mol。

（2）根據方程式可知           CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

     起始量（mol）             1      2          0

轉化量（mol）             x      2x         x

平衡量（mol）           1－x    2－2x       x

所以有，解得x＝0.5mol

所以CO的反應速率是

平衡常數K＝

正反應是放熱反應，則升高溫度平衡向逆反應方向移動，所以平衡常數減小。

（3）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。由于反應是體積減小的，所以氣體的壓強是減小的，而氣體的平均相對分子質量是增大的，因此AC正確；B中反應速率的方向相反，但不能滿足反應速率之比是相應的化學計量數之比，B不正確；D中反應速率的方向是相同的，不正確，答案選AC。

（4）原電池中負極是失去電子的，所以甲醇在負極通入。由于離子交換膜允許氫離子通過，所以負極反應式是2CH₃OH－12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺。