Question

【题目】煤的主要组成元素是碳、氢、氧、硫、氮，燃煤产生CxHy、SO2等大气污染物，煤的气化是高效、清洁利用煤炭的重要途径之一。回答下列问题:

（1）利用煤的气化获得的水煤气( 主要成分为CO、CO2和H2 )在催化剂作用下可以合成绿色燃料甲醇。

已知: H2O(1) = H2O(g) ΔH1= +44 .0kJ/mol

CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(l) ΔH2=-3.0kJ/mol

CO2(g)+3H2(g) = CH3OH(g)+H2O(g) ΔH3=-58.7 kJ/mol

写出由CO与H2制备CH3OH 气体的热化学方程式____________。

（2）甲醇和CO2可直接合成碳酸二甲酯(CH3OCOOCH3简称DMC) ;

2CH3OH(g)+CO2(g) CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) ΔH4<0

①该化学反应的平衡常数表达式为K=__________

②在恒温恒容密闭容器中发生上述反应,能说明反应达到平衡状态的是________(填编号)。

A.V正(CH3OH)= 2V逆(H2O)

B.容器内气体的密度不变

C.容器内压强不变

D.CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变

（3）利用甲醇可制成微生物燃料电池(利用微生物将化学能直接转化成电能的装置)。某微生物燃料电池装置如图所示:

A极是_____极(填“正”或“负”)，其电极反应式是_______。该电池不能在高温下工作的理由是________。

（4）一定条件下，在体积为5 L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇（催化剂为Cu2O/ZnO）：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)根据题意完成下列各题：

①在500℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H2)＝________________

②在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的1/2，下列有关该体系的说法正确的是_____

A．氢气的浓度减少

b.正反应速率加快，逆反应速率也加快

c. 甲醇的物质的量增加

d. 重新平衡时n(H2)/n(CH3OH)增大

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=-99.7kJ·mol-1AC负极CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2高温能使微生物蛋白质凝固变性2nB/5tBmol·(L·min)－1b c

【解析】

(1)①CO2(g) + 3H2(g) = CH3OH(g) + H2O(g) ΔH 1 = 58.7 kJ·mol-1，②CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g)ΔH2 = + 41.0 kJ·mol-1，根据盖斯定律，将①-②得：CO(g) + 2H2(g)=CH3OH(g)△H =( 58.7 kJ·mol-1)-(+ 41.0 kJ·mol-1)= 99.7 kJ·mol-1；(2)根据2CH3OH(g)+CO2(g)CH3OCOOCH3(g)+H2O(g) △H4<0，①其平衡常数表达式为K=；②根据平衡状态的判断依据，A、当v正(CH3OH)= 2v逆(H2O)时，反应已达平衡；B、由于容器体积不变，气体质量守恒，所以气体密度始终都不变，当容器内气体密度不变时不能说明反应已达平衡；C、由于反应前后气体物质的量不等，由压强之比等于物质的量之比，当压强不变时，说明反应已达平衡；D、CH3OH与CO2的物质的量之比取决于起始时加入量之比，若加入量与系数比相等，则任何时候CH3OH与CO2的物质的量之比都不变，所以CH3OH与CO2的物质的量之比保持不变时不能说明反应已达平衡。答案选AC；（3）由电池装置图可知，该电池是甲醇燃料电池，由于使用了质子交换膜，所以电解质是酸性的，通入还原剂甲醇的电极A是负极，其电极反应式是CH3OH-6e- +H2O=6H++CO2；高温能使微生物蛋白质凝固变性，故该电池不能在高温下工作；（4）①由图象可知，在500℃时，时间达到tB时，甲醇的物质的量为nB，所以甲醇的反应速率υ（CH3OH）＝ mol·(L·min)－1，故氢气的平均反应速率v(H2)＝ mol·(L·min)－1；②在其他条件不变的情况下，将处于E点的体系的体积压缩到原来的，容器的体积减小，则压强增大，正逆反应速率都增大，平衡向正向移动，甲醇的物质的量增多，氢气的物质的量减小，但由于体积减小，平衡时氢气的浓度反而增大，所以答案选b、c。