Question

【题目】利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

i. CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1

ii. CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2

iii. CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g) △H3

回答下列问题：

（1）已知反应ii中的相关的化学键键能（“CO”表示CO的化学键）数据见表：

化学键	H-H	C-O	CO	H-O	C-H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	413

由此计算△H2=______________。

（2）反应i、ii、iii对应的平衡常数K1、K2、K3之间的关系式为_______________

（3）一定条件下，在2L的恒容密闭容器中充入1molCO2和2molH2发生反应i 。下图是反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线。

①△H1_____0（填“大于”或“小于”）

②当温度为500K时，该反应10min达到平衡。0～10min时间内用CH3OH表示该反

应的化学反应速率为_____________________。

③若改充入1mol CO2和3mol H2，则图中的曲线会_________（填“上移”或“下移”）。

（4）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应iii，已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是______；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是_______。

（5）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池。以此电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理过程（装置如图所示）。其中物质b是__________， 阳极电极反应为_______________。

Answer 1

【答案】 -99 kJ·mol-1 K1=K2·K3 小于 0.03mol/(L·min) 上移 加入催化剂 将容器的体积（快速）压缩至2L 甲醇（或CH3OH） 2Al+3H2O-6e- =Al2O3 +6H+

【解析】试题分析：分析i. CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1、ii. CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2 、iii. CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g) △H3等3个反应的关系可知，i = ii + iii 。

（1）反应热等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，所以，△H2=1076+436-413-343-465=-99 kJ·mol-1。

（2）因为i = ii + iii，所以，由化学平衡常数的表达式可知，反应i、ii、iii对应的平衡常数K1、K2、K3之间的关系式为K1=K2·K3。

（3）由反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线可知，CO2的平衡转化率随着温度的升高而减小，所以该反应为放热反应，故①△H1小于0。②当温度为500K时，该反应10min达到平衡。由图中数据可知，500K时CO2的平衡转化率为60%，则CO2的变化量为0.6mol，由该反应的化学方程式可知， CH3OH的变化量为0.6mol，所以，0～10min时间内用CH3OH表示该反应的化学反应速率为0.03mol/(L·min)。2L的恒容密闭容器中充入1molCO2和2molH2发生反应i CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

③若改充入1mol CO2和3mol H2，由于增大了H2的浓度，CO2的平衡转化率升高，则图中的曲线会上移。

（4）在3 L容积可变的密闭容器中发生反应iii CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g)，该反应是一个气体分子数不变的反应。由图可知，当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，化学反应速率加快，CO的浓度逐渐增大，但是CO的平衡浓度没有改变，故改变的条件是加入催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，化学反应速率加快，CO的浓度由2mol/L突然增大到3mol/L，故改变的条件是将容器的体积（快速）压缩至2L。

（5）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池。以此电池作电源，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理过程。根据实验目的，铝应作阳极，故a是氧气、b是甲醇，阳极上铝被氧化为氧化铝，电极反应为2Al+3H2O-6e- =Al2O3 +6H+。