Question

【题目】甲醇被称为21世纪的新型燃料,研究和合成甲醇有着重要的意义。

(1)已知：①H2(g)+1/2O2(g)H2O(l) ΔH1<0；②CO2(g)CO(g)+1/2O2(g) ΔH2>0；③甲醇的燃烧热为ΔH3。试用ΔH1、ΔH2、ΔH3表示CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)的ΔH, 则ΔH=__kJ·mol-1。

(2)该方法生产甲醇是目前工业上常用的方法。在一定温度下，向2L密闭容器中充入1mol CO和2mol H2，发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)， 5分钟反应达平衡，此时CO的转化率为80%。请回答：

①下列叙述合确的是__________(填编号)。

A．达到平衡时,移走部分甲醇，平衡将向右移动，正反应速率加快

B．缩小容器的体积，平衡将向右移动，c(CO)将变大

C．在相同的条件下，若使用甲催化剂能使正反应速率加快105倍，使用乙催化剂能使逆反应速率加快108倍，则应该选用乙催化剂

D．若保持平衡时的温度和容积不变，再向容器中充入0.8mol CO和0.6mol CH3OH，则此时v正>v逆

②在方框的坐标系中画出甲醇的物质的量浓度随时间的变化曲线 ___________________

(3)CO2和H2在催化剂Cu/ZnO作用下可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO。

反应Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

反应Ⅱ: CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比为1:3时,温度对CO2平衡转化率及甲醇和CO产率的影响如图2所示。

①由图2可知温度升高CO的产率上升,其主要原因可能是__________。

②由图2可知获取CH3OH最适宜的温度是_____。

(4)近几年开发的甲醇燃料电池的工作原理如图所示:

电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过，电解质溶液为稀硫酸，则a电极的电极反应式为____。

Answer 1

【答案】ΔH=2ΔH1-ΔH2-ΔH3BCD反应Ⅱ正反应是吸热反应,温度升高平衡正向移动,CO产率升高250℃CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+

【解析】

（1）由已知，③为：CH3OH(l)+O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH3，根据盖斯定律，①×2-②-③得：CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) ΔH=2ΔH1-ΔH2-ΔH3。

（2）①A项，减小生成物浓度，化学平衡正向移动，正逆反应速率都减小，故A错误；

B项，增大压强，化学平衡向气体分子数减小的方向移动，因为该反应正向气体分子数减小，所以缩小容器的体积，压强变大，平衡将向右移动；体积缩小导致c(CO)变大，根据化学平衡移动原理，达到新平衡时c(CO)仍比原平衡时大，故B正确；

C项，催化剂能同等程度加快正逆反应速率，所以应选用乙催化剂，故C正确；

D项，由已知，5分钟反应达平衡时各物质的浓度为：c(CO)=0.1mol/L、c(H2)=0.2mol/L、c(CH3OH)=0.4mol/L，所以K===100，若保持平衡时的温度和容积不变，再向容器中充入0.8mol CO和0.6mol CH3OH，此时c(CO)=0.5mol/L、c(H2)=0.2mol/L、c(CH3OH)=0.7mol/L，Q===35<K，所以此时平衡正向移动，v正>v逆，故D正确。

综上分析，符合题意的选项为BCD。

②由已知，甲醇的初始物质的量浓度为0，5分钟反应达平衡，前面已经算出此时甲醇物质的量浓度为0.4mol/L，所以甲醇的物质的量浓度随时间的变化曲线可用如图表示：。

（3）由图2可得，温度升高，CO2平衡转化率上升、CO的产率上升、温度高于250℃时甲醇的产率降低，则：①反应Ⅱ正反应是吸热反应，温度升高平衡正向移动，CO产率升高；②获取CH3OH最适宜的温度是250℃。

（4）由图可得，a电极原料是CH3OH和水，b电极原料为氧气，电解质溶液为稀硫酸，质子交换膜只允许质子和水分子通过，则a极为电池负极，发生氧化反应生成CO2和H+，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+。