Question

【题目】甲醇（CH3OH）是重要的溶剂和替代燃料，工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)； △H。

（1）在体积为1L的恒容密闭容器中，充入2molCO和4molH2，一定条件下发生上述反应，测得CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间的变化如图甲所示。

①从反应开始到5min，用氢气表示的平均反应速率v(H2)=________。

②下列说法正确的是________（填序号）。

A. 达到平衡时，H2的转化率为75%

B. 5min后容器中压强不再改变

C. 达到平衡后，再充入氩气，反应速率增大

D. 2min前v(正)＞v(逆)，2min后v(正)＜v(逆)

（2）某温度下，在一恒压容器中分别充入1.2molCO和1molH2，达到平衡时容器体积为2L，且含有0.4molCH3OH(g)，则该反应平衡常数的值为__________。

（3）甲醇是一种新型的汽车动力燃料。已知H2(g)、CO(g)、CH3OH(l)的燃烧热分别为285.8kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol，则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________。

（4）现有容积均为1L的a、b、c三个密闭容器，往其中分别充入1molCO和2molH2的混合气体，控制温度，进行反应，测得相关数据的关系如图所示。b中甲醇体积分数大于a中的原因是____________。达到平衡时，a、b、c中CO的转化率大小关系为___________。

（5）甲醇作为一种燃料还可用于燃料电池。在温度为650℃的熔融盐燃料电池中用甲醇、空气与CO2的混合气体作反应物，镍作电极，用Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质。该电池的负极反应式为___________________________。

Answer 1

【答案】0.6mol/(L·min) A B 50 L2 / mol2(不写单位不影响得分) CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H=－443.5kJ·mol－1 b中温度高，反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大 a＞b＞c CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O

【解析】

（1）①根据v=Δc/Δt计算v(H2)；

②H2的转化率=H2的浓度变化量/H2的浓度初始量×100%；根据图像5min后容器中气体物质的量不再改变；恒容密闭容器中达到平衡后，再充入氩气，反应物浓度不变，反应速率不变；2min前后，反应都正向进行；

（2）利用“三段式”计算平衡常数；

（3）根据盖斯定律计算甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的焓变；

（4）b中温度高，反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，使得b中甲醇体积分数大于a；达到平衡时，a、b、c三个容器的反应温度不同，a容器温度最低，c容器的反应温度最高，根据反应放热可判断出，升高温度，平衡逆向移动，甲醇的体积分数减小，故应为a＞b＞c；

（5）根据电池的负极反应物为甲醇，写出电极方程式。

（1）①由图可知，平衡时甲醇的浓度为1.5mol/L，则v（CH3OH）=1.5mol/L÷5min=0.3mol/（L·min），速率之比等于其化学计量数之比，则v（H2）=2v（CH3OH）=0.6mol/（L·min），故答案为：0.6mol/（L·min）。

②A.由图可知，CO的起始浓度为2mol/L、平衡时浓度为0.5mol/L，则△c（CO）=2mol/L-0.5mol/L=1.5mol/L，则氢气浓度变化量为1.5mol/L×2=3mol/L，氢气转化率=3mol/L/（4mol÷1L）×100%=75%，故A正确；

B.根据图像，5min后反应达到平衡，容器中压强不再改变，故B正确；

C.达到平衡后，再充入氩气，体积不变，反应物的浓度不变，反应速率不变，故C错误；D.2min前反应正向进行，v(正)＞v(逆)，2min后5min前反应仍正向进行，v(正)＞v(逆)，故D错误。

故答案为：AB。

（2） CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol/L） 0.6 0.5 0

转化（mol/L） 0.2 0.4 0.2

平衡（mol/L） 0.4 0.1 0.2

所以该反应平衡常数K=0.2mol/L[0.4mol/L×（0.1mol/L）2]=50L2/mol2，

故答案为：50L2/mol2。

（3）由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJmol-1和-726.5kJmol-1，则①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1，②CH3OH（l）+1/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5kJmol-1，由盖斯定律可知，②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），则△H=-726.5kJmol-1-（-283.0kJmol-1）=-443.5kJmol-1，故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-443.5kJmol-1。

（4）b中温度高，反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，使得b中甲醇体积分数大于a；达到平衡时，a、b、c三个容器的反应温度不同，a容器温度最低，c容器的反应温度最高，根据反应放热可判断出，升高温度，平衡逆向移动，甲醇的体积分数减小，故应为a＞b＞c，故答案为：b中温度高，反应速率快，反应相同时间生成的甲醇多，体积分数大；a＞b＞c。

（5）在温度为650℃的熔融盐燃料电池中用甲醇、空气与CO2的混合气体作反应物，镍作电极，用Li2CO3和Na2CO3混合物作电解质。该电池的负极反应物为甲醇，反应式为CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O，故答案为：CH3OH－6e－+3CO32－=4CO2↑+2H2O。