Question

【题目】甲醇被称为21世纪的新型燃料，工业上在一定条件下可利用反应I和II来制备：

(1)已知在25°C、101kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，则表示燃烧热的热化学方程式为_______________________。

(2)将1.0 molCH4和2.0 molH2O(g)通入容积为10 L密闭容器中，CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)(I)，CH4的转化率与温度、压强的关系如图所示：

①该反应的△H______0，图中的p1 ____ p2（填“<”、“>”或“=”）

②已知100℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H2表示的平均反应速率为________________，该反应的平衡常数为_______(mol·L-1)2

(3)在压强为0.1MPa条件下，amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0(Ⅱ)若容器的容积不变，下列措施可增大甲醇产率的是___________（填序号）．

A.升高温度 B.将CH3OH(g)从体系中分离出来

C.恒容下充入He，使体系的总压强增大 D.再充入amolCO和3amolH2．

(4)为提高燃烧效率，某燃料电池以甲醇原料，NaOH溶液为电解质，其负极电极反应式为______________

Answer 1

【答案】CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H= -725.76 kJ·mol－1 > < 0.030 molL-1min-1 2.25×10-2 BD CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O

【解析】

(1)结合燃烧热的概念书写甲醇燃烧的热化学方程式；

(2)①根据CH4的平衡转化率与温度、压强的关系分析判断；

②根据v=计算反应速率，根据化学平衡常数的含义计算K；

(3)平衡正向移动，就可以提高甲醇的产率；

(4)在燃料电池中，通入燃料的电极为负极，负极失去电子发生氧化反应，通入O2或空气的电极为正极，正极得到电子发生还原反应，结合电解质溶液的酸碱性书写电极反应式。

(1)甲醇的相对分子质量是32，在25°C、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，则32 g甲醇完全燃烧放出热量为Q=22.68 kJ×32=725.76 kJ，所以表示甲醇燃烧热的热化学方程式为：CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-725.76 kJ·mol-1；

(2)①根据图象可知：在压强不变时，温度升高，CH4的平衡转化率增大，说明升高温度，化学平衡正向移动。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，所以该反应的正反应为吸热反应，故△H>0；该反应的正反应为气体体积增大的反应，在温度不变时，增大压强，化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动。根据图象可知，CH4的平衡转化率：p1>p2，说明压强：p1<p2；

②将1.0 molCH4和2.0 molH2O(g)通入容积为10 L密闭容器中发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，在100℃时达到平衡所需的时间为5 min，甲烷转化率为0.5，则反应的CH4的浓度为△c(CH4)==0.05 mol/L，△c(H2O)= △c(CO)=△c(CH4)=0.05 mol/L，则△c(H2)=3△c(CH4)=0.15 mol/L，所以v(H2)==0.030 mol/(L·min)；平衡时：c(CH4)=0.05 mol/L，c(H2O)=(2 mol÷10 L)- 0.05 mol/L=0.15 mol/L，c(CO)= 0.05 mol/L，c(H2)= 0.15 mol/L，所以该温度下该反应的化学平衡常数K==2.25×10-2；

(3)根据方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H<0可知：该反应的正反应为气体体积减小的放热反应。

A. 升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，甲醇产率降低，A不符合题意； B. 将CH3OH(g)从体系中分离出来，即减小生成物浓度，平衡正向移动，甲醇产率增大，B符合题意；

C. 恒容下充入He，使体系的总压强增大，平衡混合物中各组分的浓度不变，化学平衡不移动，甲醇产率不变，C不符合题意；

D. 再充入amolCO和3amolH2，由于CO、H2反应的物质的量的比是1:2，所以相当于充入amolCO和2amolH2，反应达到平衡后又加入amolH2。充入amolCO和2amolH2，就是增大体积的压强，平衡正向移动，产生更多甲醇；反应达到平衡后又加入amolH2，增大H2的浓度，平衡正向移动，又产生甲醇，因此最终达到平衡时，甲醇产率增大，D符合题意；

故合理选项是BD；

(4)为提高燃烧效率，某燃料电池以甲醇原料，NaOH溶液为电解质，在燃料电池中，通入燃料的电极为负极，失去电子，发生氧化反应，由于电解质溶液为碱性，因此燃料甲醇反应产生的CO2与OH-结合形成CO32-，负极电极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。