Question

【题目】甲醇是一种重要的工业原料，利用甲醇可以制氢气．

Ⅰ．甲醇与水蒸气反应可以直接制得氢气．

已知CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）△H＞0，一定条件下，向体积为2L的恒容器密闭容器中充入1.2molCH3OH（g）和2.8molH2O（g），实验测得，反应共吸收的能量和甲醇的体积分数随时间变化的曲线图象如图1．

（1）从反应开始至平衡，H2的平均反应速率为___________．

（2）该条件下，CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）的△H=__________，该反应的平衡常数为__________．

（3）在D点时，将容器的体积压缩为原来的一半，同时再充入7.2mol的H2O（g），CH3OH（g）+H2O（g）CO2（g）+3H2（g）平衡_________________移动（填“往左”、“往右”或“不”）．

Ⅱ．将甲醇燃料电池高温电解等物质的量的H2O﹣CO2混合气体可以间接制备H2．其基本原理如图2所示．

（4）甲醇燃料电池以酸性溶液为电解质，写出电池负极的电极反应式_________．

（5）电解池中发生的总反应方程式为_________________．

（6）当质子交换膜中通过的H+数目为4.816×1023时，理论上电解池中产生的H2为_______________L（标准状况）．

Answer 1

【答案】0.03mol/（L·s） +49.4kJ/mol 0.09（mol/L）2 不 CH3OH+H2O﹣6e﹣=CO2+6H+ H2O+CO2H2+CO+O2 4.48

【解析】

（1）通过三段式求取浓度变化，再根据 计算；

（2）参加反应的n（CH3OH）=0.2mol/L×2L=0.4mol，有0.4mol甲醇反应吸收19.76kJ热量，据此计算1mol甲醇反应吸收的热量；化学平衡常数 ；

（3））根据浓度商与化学平衡常数相对大小确定反应方向，如果浓度商等于平衡常数，则平衡不移动；

（4）甲醇燃料酸性电池中，负极上甲醇失电子发生氧化反应；

（5）电解池中，反应物是水和二氧化碳，生成物是氢气、CO和氧气；

（6）串联电路中转移电子相等，根据转移电子相等计算生成氢气体积．

反应前c（CH3OH）=1.2mol/2L=0.6mol/L、c（H2O）=2.8mol/L=1.4mol/L，设参加反应的c（CH3OH）为xmol/L，列三段式：

根据图知，反应后甲醇的体积分数占1/6，相同条件下体积之比等于其物质的量之比，所以甲醇的物质的量分数= ，x=0.2则生成c（H2）=3x=3×0.2mol/L=0.6mol/L，故v（H2）=0.6mol/20s=0.03mol/（L·s）；

（2）参加反应的n（CH3OH）=0.2mol/L×2L=0.4mol，有0.4mol甲醇反应吸收19.76kJ热量，据此计算1mol甲醇反应吸收的热量=19.76kJ/0.4mol=+49.4kJ/mol；化学平衡常数=0.09（mol/L）2;故答案为：+49.4kJ/mol；0.09（mol/L）2；

（3）再充入7.2mol水蒸气，c（H2O）=7.2mol/1L==7.2mol/L，缩小容器体积时，c（CH3OH）=0.8mol/L、c（H2O）=9.6mol/L、c（CO2）=0.4mol/L、c（H2）=1.2mol/L，浓度商=，其浓度商等于化学平衡常数，所以平衡不移动，故答案为：不；

（4）甲醇燃料酸性电池中，负极上甲醇失电子发生氧化反应，电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，故答案为：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+；

（5）电解池中，反应物是水和二氧化碳，生成物是氢气、CO和氧气，故答案为：；

（6）串联电路中转移电子相等，正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，通过离子交换膜的氢离子是4，当质子交换膜中通过的H+数目为4.816×1023时，即通过的氢离子物质的量=0.8mol，转移0.8mol电子得到0.8mol电子，根据转移电子相等得生成氢气体积=(0.8mol/4)×1×22.4L/mol=4.48L，故答案为：4.48。