Question

【题目】甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇：CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H ＝－90.8 kJ·mol－1。在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 mol H2，CO 的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图所示，当达到平衡状态A 时，容器的体积为20 L。

（1）T1℃反应的平衡常数为_______________。

（2）图中P1 _______ P2（填“>”、“<”或“=”）。

（3）如反应开始时仍充入10 mol CO和20 mol H2，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=__________L。

（4）关于反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化学平衡状态B时的描述正确的是___

A．CO的含量保持不变

B．容器中CH3OH浓度与CO浓度相等

C．2v正(CH3OH)= v正(H2)

D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

（5）已知CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJ·mol－1 ，试写出由CO2和H2制取甲醇的热化学方程式___________________________________。

（6）以CH3OH、O2、稀H2SO4组成燃料电池，写出该电池正极的电极反应式：__。

Answer 1

【答案】4L2/mol2 < 4 AD CO2(g)+3H2(g) CH3OH ( g ) + H2O(g) △H = - 49.5kJ·mol－1 O2+4H++4e－ = 2H2O

【解析】

（1）本题考查化学平衡常数，CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g )

起始： 10 20 0

变化： 5 10 5

平衡： 5 10 5 根据化学平衡常数表达式K= = =4；（2）考查勒夏特列原理，反应前气体系数之和大于反应后气体系数之和，增大压强，平衡向正反应方向移动，即CO转化率增大，因此P2>P1；（3）考查化学平衡常数的应用，CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g )

起始： 10 20 0

变化： 8 16 8

平衡： 2 4 8 K= = =4，解得V=4L；（4）本题化学平衡状态的判断，A、根据化学平衡状态的定义，组分不再改变，说明反应达到平衡，即达到平衡，CO的含量保持不变，故A正确；B、因为不清楚通入量，因此达到平衡时CH3COH浓度和CO浓度不一定相等，故B错误；C、用不同物质的化学反应速率表示达到平衡，要求反应方向一正一逆，且反应速率之比等于化学计量数之比，v正(CH3OH)说明反应向正反应方向进行，v正(H2)说明反应向正反应方向进行，不符合上述分析，故C错误；D、根据M=m/n，组分都是气体，气体质量不变，反应前后气体系数之和不相等，因此M不变说明反应达到平衡，故D正确；（5）考查热化学反应方程式的计算，①CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H ＝－90.8 kJ·mol－1，②CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJ·mol－1 ，CO2＋3H2=CH3OH＋H2O，①＋②得出CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=－49.5kJ·mol－1；（6）考查电池电极反应式的书写，根据原电池的工作原理，氧气在正极上得电子，因为环境是酸性，因此正极反应式为： O2+4H＋+4e－ = 2H2O。