Question

【題目】回答下列問題:

(1)已知室溫下CO的燃燒熱為283kJ/mol，則CO的燃燒熱的熱化學方程式為____。

(2)工業上利用CO和H2合成清潔能源CH3OH，其反應為:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=-116kJ/mol，如圖①表示CO的平衡轉化率( )隨溫度和壓強變化的示意圖中橫坐標X表示的是_________，Y1______Y2(填“＜”、“=”、“＞”)；

(3)合成甲醇的反應原理為:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，在0.5L的密閉器中，充入1 mol CO2和3molH2，在500℃下生反應，測得CO2(g和CH3OH(g)的量隨時間變化如圖②所示。

①反應進行到4min時，v(正)____v(逆)(填“＜”、“=”、“＞”)，0～4min，H2的平均反應速率v(H2)=_____________；

②該溫度下平衡常數為_____________；

③下列能說明該反應已達到平衡狀態的是___________；

A. v正(CH3OH)=3v逆(H2)

B.CO2、H2、CH3OH和H2O濃度之比為1:3:1:1

C.恒溫恒壓下，氣體的體積不再變化

D.恒溫恒容下，氣體的密度不再變化

(4)為提高燃料的能量利用率，常將其設計為燃料電池。某電池以甲醇為燃料，空氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，以具有催化作用和導電性能的稀土金屬為電極寫出該燃料電池的負極反應式：_________。

Answer 1

【答案】CO(g)+ O2(g) = CO2(g) △H=-283kJ/mo1 壓強 ＜ ＞ 0.75 mol·L1·min1 C CH3OH - 6e- + 8 OH- = CO32-+6H2O

【解析】

(1)根據CO的燃燒熱為283kJ/mo1，結合燃燒熱的化學方程式的書寫要求書寫；

(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-116kJ/mo1，反應是氣體體積減小的放熱反應，圖象中CO 的平衡轉化率隨X增大而增大，相同條件下Y1和Y2條件下一氧化碳轉化率Y1＞Y2，結合溫度和壓強對平衡的影響分析判斷；

(3)①圖象分析4min時，甲醇和二氧化碳濃度隨時間增長變化，反應未達到平衡狀態，根據圖像先計算v(CO2)，再根據方程式計算v(H2)；②15min反應達到平衡狀態，根據平衡時甲醇的物質的量為0.75mol，結合三段式計算平衡常數K；③根據正逆反應速率相同，各組分含量保持不變分析判斷；

(4)負極發生氧化反應，甲醇被氧化生成碳酸鉀，據此書寫電極反應式。

(1)CO的燃燒熱為283kJ/mo1，則燃燒熱的熱化學方程式為CO(g)+O2(g)CO2(g)△H=-283kJ/mo1，故答案為：CO(g)+O2(g)CO2(g)△H=-283kJ/mo1；

(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-116kJ/mo1，該反應是氣體體積減小的放熱反應，圖象中CO 的平衡轉化率隨X增大而增大，則X 表示的是壓強，Y表示的是溫度，相同條件下，在Y1和Y2條件下一氧化碳轉化率Y1＞Y2，升高溫度，平衡逆向移動，則溫度Y1＜Y2，故答案為：壓強；＜；

(3)①反應進行到4min 時，隨時間變化，甲醇增加，二氧化碳減小，說明反應繼續正向進行，v(正)＞v(逆)；0～4min，二氧化碳物質的量變化1mol-0.5mol=0.5mol，CO2的平均反應速率v(CO2)==0.25mol/(Lmin)，則v(H2)=3 v(CO2)=3×0.25mol/(Lmin)=0.75mol/(Lmin)，故答案為：＞；0.75 mol/(Lmin)；

②15min反應達到平衡狀態，甲醇平衡濃度為0.75mol/L，二氧化碳平衡濃度為0.25mol/L，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol) 1 3 0 0

變化量(mol) 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量(mol) 0.25 0.75 0.75 0.75

K==，故答案為：；

③A．速率之比等于化學方程式中的化學計量數之比，3v正(CH3OH)=v逆(H2)才能說明氫氣正逆反應速率相同，故A錯誤；B．CO2、H2、CH3OH和H2O濃度之比為1∶3∶1∶1不能說明濃度是否不變，不能說明反應達到平衡狀態，故B錯誤；C．反應前后氣體體積變化，恒溫恒壓下，氣體的體積不再變化，說明反應達到平衡狀態，故C正確；D．恒溫恒容下，反應前后氣體質量和體積不變，氣體的密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，故D錯誤；故答案為：C；

(4)燃料電池中，通入燃料的為負極，負極發生氧化反應，甲醇被氧化生成碳酸鉀，電極方程式為CH3OH - 6e- + 8 OH- = CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH - 6e- + 8 OH- = CO32-+6H2O。