Question

【题目】甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：

反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58 kJmol－1

反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=－90.77 kJmol－1

回答下列问题：

（1）甲醇熔融碳酸盐电池是一种新型燃料电池，该电池以熔融的Na2CO3为电解质，写出该电池负极的电极反应式：_____________________________

（2）恒容条件下，能表明反应I达到化学平衡状态的是________。

a.混合气体的密度不变 b.反应容器中甲醇的百分含量不变

c.反应物的反应速率与生成物的反应速率之比等于化学计量数之比

d.混合气体的压强不变

（3）反应Ⅱ的△H2=__________。

（4）在一定条件下2 L恒容密闭容器中充入3 mol H2和1.5 mol CO2，仅发生反应Ⅰ，温度为500℃时，该反应10 min时达到平衡，CO2的平衡转化率为60℅，用H2表示该反应的速率为____________。

（5）某研究小组将一定量的H2和CO2充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂（发生反应I、Ⅱ、Ⅲ），测得不同温度下体系达到平衡时CO2的转化率（a）及CH3OH的产率（b），如图所示。

据图可知当温度高于260℃后，CO的浓度随着温度的升高而_________（填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”）。

Answer 1

【答案】 CH3OH- 6e- + 3CO32- =4CO2+2H2O bd +41.19 kJmol－1 0.135 mol·L－1·min－1 增大

【解析】（1）甲醇燃料电池的负极为甲醇失电子的反应，方程式为：CH3OH- 6e- + 3CO32- =4CO2+2H2O

（2）a.恒容条件下，气体的密度等于气体总质量除以总体积，气体总质量不变，总体积也不变，所以密度始终不变，不能作为反应达到平衡的标志，故a错误；b. 甲醇的百分含量不变，说明各组分浓度不再变化，反应达到平衡，故b正确；c.各组分的正反应速率比始终等于化学计量数之比，故C错误；d.对于反应前后气体物质的量变化的反应，压强随着反应改变，当反应达平衡时，压强不再改变，故d正确；本题选bd。

（3）反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1=49.58kJmol1，反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2，反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H3=90.77kJmol1，根据盖斯定律：Ⅱ=ⅠⅢ得反应②的△H2=+41.19kJmol1。

（4）O2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初起量：1.5mol3mol00

变化量：0.9mol2.7mol0.9mol0.9mol

平衡量：0.6mol0.3mol0.9mol0.9mol

v=(2.7/2)/10=0.135molL1min1，故答案为：0.135molL1min1；

（5）反应I、反应III均为放热反应,温度升高不利于CO2、CO转化为甲醇,反应II为吸热反应,温度升高使更多的CO2转化为CO，所以当温度高于260℃后，CO的浓度一定增大，故答案为：增大。