能源问题是人类社会面临的重大课题.甲醇是一种可再生能源.具有开发和应用的广阔前景.研究甲醇具有重要意义. (1)用CO合成甲醇的反应为:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)在容积为1L.的密闭容器中分别充入1molCO和2molH2.实验测得甲醇的物质的量和温度.时间的关系曲线如图所示.则该正反应的△H 0.判断的理由是 . (2)利用工业废气中的CO2� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，研究甲醇具有重要意义。

（1）用CO合成甲醇的反应为：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)在容积为1L。的密闭容器中分别充入1molCO和2molH₂，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图所示。则该正反应的△H_______0（填“＜”、“＞”或“=”），判断的理由是______。

（2）利用工业废气中的CO₂可制取甲醇，其反应为：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O。

①常温常压下已知下列反应的能量变化如下图所示：

由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式为_______。

②为探究用CO₂生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在一恒温恒容密闭容器中，充入1molCO₂ 和3molH₂，进行上述反应。测得CO₂。和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。从反应开始到平衡，v(H₂)=_______ ；该温度下的平衡常数数值K=______。能使平衡体系中n(CH₃OH)/n(CO₂))增大的措施有_______（任写一条）。

（3）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种。

①甲醇蒸汽重整法。主要反应为；CH₃OH(g) CO(g)+2H₂(g)设在容积为2.0L的密闭容器中充入0. 60 molCH₃OH(g)，体系压强为P₁，在一定条件下达到平衡时，体系压强为P₂，且P₂/P₁ =2.2，则该条件下CH₃OH 的平衡转化率为______ 。

②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO₂－ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图所示。则当n(O₂)／n(CH₃OH) =0.25时。CH₃OH与O₂发生的主要反应方程式为______ 。在制备H₂：时最好控制n(O₂))/n(CH₃OH)=______。

【答案】

（1）＜温度升高，平衡时甲醇的量减少，平衡逆向移动，则正反应放热（或温度升高，平衡常数减小，平衡逆向移动，则正反应放热）。（2）① CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(l)+H₂O(l) ΔH=-50KJ/mol. ②0.225mol/(L·min) 5.3 降低温度（或加压或增大H₂的量或将H₂O蒸汽从体系中分离等）。（3） ①60﹪ ②2CH₃OH+O₂ =2HCHO+ 2H₂O 0. 5

【解析】

试题分析：（1）当反应达到平衡后，由于升高温度，n(CH₃OH)减小，平衡时CH₃OH的含量降低，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。逆反应方向是吸热反应，所以正反应是放热反应。故△H＜0. （2） ①由图一可知：CO₂(g)+H₂(g)=CO(g)+H₂O(l) △H=41KJ/mol, 由图二可知：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g) △H= -91KJ/mol.将两式相加可得：CO₂(g) +3H₂(g)=CH₃OH(l)+H₂O(l) ΔH=-50KJ/mol. ② V(CO₂)= (1.00-0.25) mol/L÷10min= 0.075mol/(l·min). V(H₂):V(CO₂)=3:1,所以V(H₂)=3 V(CO₂)= 0.225mol/(L·min) . 在该温度下的平衡常数数值由于反应 CO₂(g) +3H₂(g)= CH₃OH(l)+H₂O(l) ΔH=-50KJ/mol.的正反应是一个放热反应，所以降低温度能使平衡体系中n(CH₃OH)/n(CO₂)增大。另外比如加压、增加H₂的量或将水蒸气从混合物中分离出来等措施也能使平衡体系中n(CH₃OH)/n(CO₂))增大。（3）反应开始时n(CH₃OH)=0.6mol,n(CO)=0mol,n(H₂)=0mol.假设反应过程中CH₃OH改变的物质的量为X，则达到平衡时各物质的物质的量为n(CH₃OH)= (0.6-X)mol, n(CO) =Xmol n(H₂)=2Xmol,对于体积固定的密闭容器中的气体反应来说，反应前后的压强比等于它们的物质的量的比。所以(0.6+2X)÷0.6=2.2,解得X=0.36.所以CH₃OH的平衡转化率为0.36÷0.6×100﹪=60﹪。②由图可知当n(O₂)／n(CH₃OH) =0.25时得到的产物是甲醛，CH₃OH与O₂发生的主要反应方程式为2CH₃OH +O₂=2HCHO+ 2H₂O。在制备H₂时由于在n(O₂)／n(CH₃OH) =0.5时选择性最高，所以最好控制n(O₂))/n(CH₃OH)= 0.5。

考点：考查关于甲醇燃料电池的化学反应原理及制法等知识。

练习册系列答案

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相关习题

科目：高中化学 来源： 题型：

能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的能源物质之一．
（1）合成甲醇的反应为：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）；图1表示某次合成实验过程中甲醇的体积分数φ（CH₃OH）与反应温度的关系曲线，则该反应的△H

＜

0．（填“＞、＜或=”下同）
（2）若在230℃时，平衡常数K=1．若其它条件不变，将温度升高到500℃时，达到平衡时，K

＜

1．
（3）在某温度下，向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H₂，达到平衡时CO的转化率为90%，此时容器内的压强为开始时的

0.55

倍．
（4）利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置：
①则该装置中b为

负

极，写出装置中电解池内发生反应的离子方程式

锌极：Cu²⁺+2e^-=Cu，Cu极：Cu=2e^-+Cu²⁺

，
②当铜片的质量变化为12.8g时，a极上消耗的O₂在标准状况下的体积为

2.24

L．
（5）低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，其中一种技术是将CO₂转化成有机物实现碳循环．如：
2CO₂（g）+2H₂O（l）═C₂H₄（g）+3O₂（g）△H=+1411.0kJ/mol
2CO₂（g）+3H₂O（l）═C₂H₅OH（1）+3O₂（g）△H=+1366.8kJ/mol
则由乙烯水化制乙醇反应的热化学方程式

C₂H₄（g）+H₂O（l）═C₂H₅OH，△H=-44.2kJ/mol

．

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科目：高中化学 来源： 题型：

一定条件下，在体积为3L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）反应达到平衡时，平衡常数表达式K=

c(CH3OH)

c(CO)?C2(H2)

c(CH3OH)

c(CO)?C2(H2)

，升高温度，K值

减小

（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（2）在500℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1

．（用上图中出现的字母表示）
（3）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

，下列有关该体系的说法正确的是

b、c

．
a．氢气的浓度减小 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
（4）据研究，反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量CO₂有利于维持催化剂Cu₂O的量不变，原因是：

Cu₂O+CO?2Cu+CO₂

（用化学方程式表示）．
（5）能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来的重要的能源物质．常温下，1g甲醇完全燃烧生成液态水时放出22.7kJ的能量，写出甲醇燃烧热的热化学方程式

CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.4kJ/mol

．

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科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

Ⅰ、合成氨对农业生产及国防建设均具有重要意义．
（1）在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），下列能表示达到平衡状态的是

（填序号）．
a．混合气体的压强不再发生变化
b．混合气体的密度不再发生变化
c．反应容器中N₂、NH₃的物质的量的比值不再发生变化
d．单位时间内断开a个H-H键的同时形成3a个N-H键
e．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比
Ⅱ、能源问题是人类社会面临的重大课题，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人们对核能源的恐慌．而甲醇是未来重要的绿色能源之一．以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇．
（1）将1.0molCH₄和2.0molH₂O（g）通入容积为10L的反应室，在一定条件下发生反应：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图．
①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为

0.0024mol/L?min

；
②100℃时反应的平衡常数为

7.2×10^-5（mol/L）²

．
（2）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH₂的混合气体在催化剂作用下发生反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的

，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是

（填字母序号）．
A．c（H₂）减小
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH₃OH的物质的量增加
D．重新平衡时c（H₂）/c（CH₃OH）减小
E．平衡常数K增大
（3）已知：反应：4HCl（g）+O₂（g）?2Cl₂（g）+2H₂O（g）△H=-116kJ/mol，H₂（g）+Cl₂（g）═2HCl（g）△H=-184kJ/mol
Ⅱ．

请回答：
①H₂与O₂反应生成气态水的热化学方程式是

2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-484 kJ/mol

．
②断开1mol H-O 键所需能量约为

463.5

kJ．

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科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

（2012?万安县模拟）能源问题是人类社会面临的重大课题，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人们对核能源的恐慌．而甲醇是未来重要的绿色能源之一．以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ/mol
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-129.0kJ/mol
（l）CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CH₃OH（g）和H₂（g）的热化学方程式为

CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH（g）+H₂（g）△H=+77.0KJ/L

．
（2）将1.0molCH₄和2.0molH₂O（g）通过容积为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图1．

①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为

0.0024mol/L?min

；
②100℃时反应I的平衡常数为

7.2×10^-5（mol/L）²

．
（3）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH₂的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的

，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是

（填字母序号）．
A．c（H₂）减小 B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH₃OH的物质的量增加 D．重新平衡时

c(H2)

c(CH3OH)

减小 E．平衡常数K增大
（4）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种：
①甲醇蒸气重整法．该法中的一个主要反应为CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），此反应能自发进行的原因是：

反应是熵增加的反应

．
②甲醇部分氧化法．在一定温度下以Ag/CeO₂-ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图2所示．则当n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25时，CH₃OH与O₂发生的主要反应方程式为

2CH₃OH+O₂

催化剂

加热

2HCHO+2H₂O

2CH₃OH+O₂

催化剂

加热

2HCHO+2H₂O

．
（5）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用图3装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式

Co²⁺-e^-=Co³⁺

；
②写出除去甲醇的离子方程式

6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；

．

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科目：高中化学 来源： 题型：

能源问题是人类社会面临的重大课题．甲醇是未来重要的绿色能源之一．

（l）已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃烧生成 CO₂和液态水时放热 22.70kJ．请写出甲醇燃烧的热化学方程式

．
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）

催化剂

加热

CH₃OH（g）+H₂O（g）在其它条件不变的情况下，实验测得温度对反应的影响如图1所示（注：T₁、T₂均大于300℃）：
①合成甲醇反应的△H

0．（填“＞”、“＜”或“=”）．
②平衡常数的表达式为：

．温度为T₂时的平衡常数

温度为T₁时的平衡常数（填“＞”、“＜”或“=”）
③在T₁温度下，将1mol CO₂和 1molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为α，则容器内的压强与起始压强的比值为

．
（3）利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置．该装置中 Pt 极为

极；写出b极的电极反应式

．

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