Question

【题目】用 CO2 生产绿色燃料甲醇时发生反应 A：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

(1)2CH3OH(g) + 3O2 (g)=2CO2(g) +4H2O(g) △H= -1365.0kJ/mol

H2(g)+O2 (g) =H2O(g) △H= -241.8 kJ/mol

CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的反应热△H=_________。(写出计算过程)

(2)在体积为 1 L 的恒容密闭容器中发生反应 A，下图是在三种投料[n(CO2)和n(H2)分别为1mol，3mol；1mol，4mol 和 1mol，6mol]下，反应温度对CO2平衡转化率影响的曲线。

①曲线c对应的投料是_____。

②T1℃时，曲线a对应的化学平衡常数是_____。(写出计算过程，计算结果保留小数点后两位)。

③500℃时，反应A 的平衡常数K=2.5，T1℃_____500℃(填“高于”、“低于”或“等于”)。

(3)甲醇/过氧化氢燃料电池的工作原理示意图如下：

①d电极上发生的是_____(填“氧化”或“还原”)反应。

②物质b是_____(填化学式)。

③写出c电极的电极反应式_____。

Answer 1

【答案】-42.9kJ/mol n(CO2)=1mol，n(H2)=6mol 0.52 高于 还原 H2O2 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+

【解析】

根据盖斯定律：②×3-×①得到焓变的值；当其他条件不变时，增大反应物氢气的浓度，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，根据相同温度下的转化率数值确定曲线；根据a曲线的转化率和“三段式”计算平衡常数；反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，判断温度；根据氢离子的移动方向确定正负极，并写出电极反应。

(1)2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g) △H= -1365.0kJ/mol

H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H= -241.8 kJ/mol

根据盖斯定律：②×3-×①得：

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=-42.9kJ/mol；

(2)①当其他条件不变时，增大反应物氢气的浓度，平衡正向移动，CO2的平衡转化率增大，由题给图像知相同温度下，曲线c二氧化碳的平衡转化率最大，故曲线c对应的投料是n(CO2)=1mol，n(H2)=6mol；

②曲线a对应的投料是n(CO2)=1mol，n(H2)=3mol，T1℃时，二氧化碳的平衡转化率为60%，列出反应的“三段式”

容器的体积为1L，各物质的平衡浓度分别为：c(CO2)=0.4mol/L，c(H2)=1.2mol/L，c(CH3OH)=0.6mol/L，c(H2O)=0.6mol/L，代入平衡常数表达式计算，K==0.52，T1℃时，曲线a对应的化学平衡常数是0.52；

③由(1)知反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，若500℃时 ，反应A的平衡常数K=2.5，T1℃高于500℃。

(3)①由甲醇/过氧化氢燃料电池的工作原理示意图知，氢离子移向d电极，d电极为电池的正极，发生的是还原反应；

②物质b在d电极上发生还原反应，物质b是H2O2；

③c电极为电池的负极，甲醇在该电极上反应氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH3OH-6e-+ H2O=CO2+6H+。