Question

研究和开发CO₂和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题．
（1）CO可用于合成甲醇．在体积可变的密闭容器中充入4mol CO和8mol H₂，在催化剂作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（Ⅰ）平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示：
①该反应的逆反应属于

 

反应；（填“吸热”或“放热”）．
②在0.1Mpa、100℃的条件下，该反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的

 

倍．（结果保留两位小数点）
③在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入4mol CO，8mol H₂，达到平衡时CO转化率

 

（填“增大”，“不变”或“减小”），平衡常数K

 

（填“增大”，“不变”或“减小”）．
（2）在反应（Ⅰ）中需要用到H₂做反应物，以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法．已知：
CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
则CH₄和H₂O（g）反应生成CO₂和H₂的热化学方程式为：

 

．
（3）在反应（Ⅰ）中制得的CH₃OH 即可以做燃料，还可以与氧气组成碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．则该燃料电池放电时：负极的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学电源新型电池

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）①图象分析，一氧化碳的转化率随温度升高减小，正反应为放热反应，逆反应为吸热反应；
②在0.1Mpa、100℃的条件下，一氧化碳的转化率为0.5，依据平衡三段式列式计算，体积之比等于气体物质的量之比；
③体积不变的密闭容器中充入4mol CO，8mol H₂，相当于增大压强；平衡常数只随温度变化；
（2）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）依据原电池原理，原电池中负极是燃料失电子发生氧化反应，生成的二氧化碳在碱溶液中生成碳酸盐；

解答： 解：（1）①图象分析，一氧化碳的转化率随温度升高减小，正反应为放热反应，逆反应为吸热反应；
故答案为：吸热；     
②0.1Mpa、100℃的条件下，一氧化碳的转化率为0.5，消耗一氧化碳物质的量为4mol×0.5=2mol，依据平衡三段式得到；
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）   4        8         0
变化量（mol）   2        4          2
平衡量（mol）   2         4         2
则反应达到平衡时容器体积和开始容器体积之比：V（平）：V（起）=n（平）：n（起）=8：12=0.67
反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的0.67倍；
故答案为：0.67；
③在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入4mol CO，8mol H₂，压强增大，平衡向着气体体积减小的方向移动，即平衡右移，故CO的转化率增大；平衡常数随温度变化，温度不变，平衡常数不变；
故答案为：增大，不变；
（4）①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
依据盖斯定律计算，①×2-②则CH₄和H₂O（g）反应生成CO₂和H₂的热化学方程式为CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0 kJ?mol^-1；
（5）CH₃OH 即可以做燃料，还可以与氧气组成碱性燃料电池，电解质溶液是20%～30%的KOH溶液．则该燃料电池放电时是原电池，负极上是甲醇失电子发生氧化还原反应生成碳酸盐，反应的电极反应式为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；

点评：本题考查了图象分析，原电池原理电极反应书写，化学平衡影响因素的分析判断，平衡常数理解，热化学方程式和盖斯定律的计算应用，题目难度中等．