Question

【题目】甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池。

（1）为探究用CO2来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2, 一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1T1温度下，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图。

请回答：

①从反应开始到平衡，氢气的反应速率v(H2)＝_____________________。

②能够说明该反应已达到平衡的是____________(填字母序号，下同)。

A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化

B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化

C．一定条件下，CO2、和CH3OH的浓度相等

D．一定条件下，单位时间内消耗3 mol H2的同时生成1 mol CH3OH

③下列措施中能使平衡混合物中n(CH3OH)/n(CO2)增大的是______________。

A．加入催化剂 B．充入He(g)，使体系压强增大

C．升高温度 D．将H2O(g)从体系中分离

④求此温度(T1)下该反应的平衡常数K1＝____________(计算结果保留三位有效数字)。

⑤另在温度(T2)条件下测得平衡常数K2，已知T2＞T1，则K2______K1(填“＞”、“＝”或“＜”)。

（2）已知在常温常压下：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH1

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2

则1 mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的ΔH＝_________(用含ΔH1、ΔH2的式子表示)。

（3）用甲醇在熔融的碳酸盐中也可制作成燃料电池，该燃料电池的正极通入的物质是__________________(填化学式)

Answer 1

【答案】 0.225 mol·L－1·min－1 A D 5.33 ＜ (ΔH1－ΔH2)/2 O2、CO2

【解析】（1）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H2）==0.225mol/（Lmin）

②A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化，反应两边气体体积不相等，压强不变，说明正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故A正确；B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化，混合气体的质量不变，容器的容积不变，所以气体的密度始终不变，所以密度不变，无法判断是否达到平衡状态，故B错误；C．一定条件下，CO2、和CH3OH的浓度相等时，没有达到平衡，故C错误；D．一定条件下，单位时间内消耗3molH2的同时生成1mol CH3OH，表示的是正逆反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，故D错误；故选A。

③使n（CH3OH）/n（CO2）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，A、加入催化剂，催化剂不影响化学平衡，n（CH3OH）/n（CO2）不变，故A错误，B、充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n（CH3OH）/n（CO2）不变，故B错误，C、升高温度，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH3OH）/n（CO2）减小，故C错误，D、将H2O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH3OH）/n（CO2）增大，，故D正确；故答案为：D；

④达到平衡时，c（CO2）=0.25mol/L，c（CH3OH）=0.75mol/L，c（H2O）根据反应方程式，反应氢气的消耗浓度为二氧化碳的3倍，所以平衡状态时氢气的浓度为：0.75mol/L；c（H2O）=0.75mol/L，该温度下的平衡常数为：K=≈5.33；⑤在温度（t2）条件下测得平衡常数 K2，已知t2＞t1，该反应为放热反应，温度升高，平衡向着逆向移动，平衡常数将减小，故答案为：＜

（2）燃料原电池中，甲醇失电子发生氧化反应，所以通入燃料甲醇的电极为负极；充入O2电极的反应式为氧气得到电子生成了氢氧根离子，电极反应为：3O2+12e-+6H2O═12OH-（O2+4e-+2H2O═4OH-也算对）故答案为：负；3O2+12e-+6H2O═12OH-（O2+4e-+2H2O═4OH-也算对）；

（3）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H 1

②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2，

根据盖斯定律，将反应①×1/2-反应②×1/2，可得：CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（g） 1/2（△H1-△H2）

1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=1/2 （△H1-△H2），

(3)燃料电池中，正极上氧化剂氧气得电子和二氧化碳发生还原反应生成碳酸根离子，电极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-；故正极要通入O2、CO2。