Question

【题目】以天然气为原料合成甲醇。有关热化学方程式如下:

①2CH4(g)+O2(g) 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-70.8 kJ·mol-1

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2

③2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g) ΔH3=-251.0 kJ·mol-1

(1)ΔH2=____kJ·mol-1。

(2)在体积可变的密闭容器中投入1 mol CO和2 mol H2,在不同条件下发生反应:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。实验测得平衡时CH3OH的物质的量随温度、压强的变化如图1所示。

①M点时,H2的转化率为____；压强:p1____(填“>”“<”或“=”)p2。

②反应速率:N点v正(CO)____(填“>”“<”或“=”)M点v逆(CO)。

③若压强为p1、在1 L恒容密闭容器中进行上述反应(起始投料不变),在不同温度下上述反应的平衡常数的对数(lg K)如图2所示。则温度为506 K时,平衡常数K=____(保留三位小数),B、C、D、E四点中能正确表示该反应的lg K与T的关系的点为____。

④在2 L恒容密闭容器中充入a(a>0) mol H2、2 mol CO和7.4 mol CH3OH(g),在506 K下进行上述反应。为了使该反应逆向进行,a的范围为________。

(3)某甲醇-空气燃料电池以KOH溶液为电解质溶液。当KOH全部转化成KHCO3时停止放电,写出此时负极的电极反应式________________________________。

Answer 1

【答案】 -90.1 25% > < 0.148 BE 0<a<10 CH3OH-6e-+7OH- HCO3-+5H2O

【解析】(1) ①2CH4(g)+O2(g)= 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-70.8 kJ·mol-1，③2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g) ΔH3=-251.0 kJ·mol-1，根据盖斯定律，将(③-①)×得：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH2=×[(-251.0 kJ·mol-1)-(-70.8 kJ·mol-1)]= -90.1 kJ·mol-1，故答案为：-90.1；

(2)①根据图像，M点时，生成的甲醇为0.25mol，则反应的H2为0.5mol，H2的转化率=×100%=25%；根据反应方程式CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，增大压强，平衡正向移动，甲醇的物质的量增大，因此p1＞p2，故答案为：25%；>；

②其他条件相同时，压强越大，反应速率越快，反应速率:N点v正(CO)＜M点v逆(CO) ，故答案为：＜；

③根据图像1，压强为p1时，平衡时甲醇为0.25mol，则CO为1mol-0.25mol=0.75mol，H2为2mol-0.25mol×2=1.5mol，平衡常数K==0.148；该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K减小，lg K减小，符合条件的点有BE，故答案为：0.148；BE；

④为了使该反应逆向进行，需要满足Qc大于K，即＞，因此a＜10，故答案为：0<a<10；

(3) 甲醇-空气燃料电池以KOH溶液为电解质溶液。当KOH全部转化成KHCO3时停止放电，此时负极上甲醇发生氧化反应生成HCO3-，电极反应式为CH3OH-6e-+7OH-= HCO3-+5H2O，故答案为：CH3OH-6e-+7OH-= HCO3-+5H2O。