Question

【题目】(1)甲醇一空气燃料电池(DMFC)是一种高效能、轻污染的车载电池，其工作原理如图甲所示，该电池中正极的电极反应式为_____。

(2)工业上合成甲醇一般采用下列反应：，，图乙是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)：

①由图中数据判断a_______0(填“＞”“＝”或“＜”)。

②某温度下，将2molCO和6molH2充入2L的恒容密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c(CO)＝0.5mol·L－1，则此时的温度为________℃。

(3)T℃时，在恒容密闭容器中发生反应：，各物质的浓度变化如图丙所示：

①反应从0min到3min之间，CH3OH的反应速率为________________。

②CO在0～1min和1～3min时平均反应速率[平均反应速率分别以v(0～1)，v(1～3)表示]的大小为_____________________________。

(4)目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃、催化剂条件下转化生成甲醇蒸气和水蒸气。图丁表示恒压容器中0.5molCO2和1.5molH2反应时转化率达80％的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式：_________________________________。

Answer 1

【答案】O2+4e-+4H+=2H2O ＜ 310℃ 0.2mol/（L·min） ＞ CO2+3H2＝CH3OH+H2O H=-49kJ/mol

【解析】

(1)根据图像可知，正极上氧气得电子，与质子结合生成水；

(2)根据图像信息，确定K及温度的关系进行计算；

(3)①根据图像可知，0～3mim时甲醇的浓度变化为0.6mol/L；

②CO为反应物，开始浓度大，反应速率快，平均值也快，随反应的进行浓度逐渐减小，反应速率减慢，平均值降低；

(4)反应方程式为CO2+3H2＝CH3OH+H2O，根据参加反应的二氧化碳的物质的量计算焓变。

(1)根据图像可知，正极上氧气得电子，与质子结合生成水，电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O；

(2)①根据图乙可知，升高温度，K减小，平衡逆向移动，则逆向反应为吸热反应，正方应放热，H＜0；

② CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

初始（mol）：2 6 0

反应（mol）：1 2 1

平衡（mol）：1 4 1

K=0.5/（22×0.5）=0.25，温度为310℃；

(3)①根据图像可知，0～3mim时甲醇的浓度变化为0.6mol/L，v（CH3OH）=0.6mol/L÷3min=0.2mol/（L·min）；

②CO为反应物，开始浓度大，反应速率快，平均值也快，随反应的进行浓度逐渐减小，反应速率减慢，平均值降低，则v(0～1)＞v(1～3)；

(4)反应方程式为CO2+3H2＝CH3OH+H2O，二氧化碳为0.5mol，转化率为80％，则参加反应的物质的量为0.4mol，释放的热量为23 kJ-3.4 kJ=19.6kJ，因此1mol时释放19.6kJ÷0.4＝49kJ，则H=-49kJ/mol，因此该反应的热化学方程式为CO2+3H2＝CH3OH+H2O H=-49kJ/mol。