Question

【題目】研究和開發CO2和CO的創新利用是環境保護和資源利用雙贏的課題。

（1）CO可用于合成甲醇。在體積可變的密閉容器中充入4molCO和8molH2，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）(Ⅰ)，平衡時CO的轉化率與溫度、壓強的關系如下圖所示：

①該反應的逆反應屬于________反應；（填“吸熱”或“放熱”）。

②在0.1Mpa 、100℃的條件下，該反應達到平衡時容器體積為開始容器體積的_________倍。（結果保留兩位小數點）

③在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4molCO，達到平衡時CO轉化率________（填“增大”，“不變”或“減小”），平衡常數K________（填“增大”，“不變”或“減小”）。

（2）在反應(Ⅰ)中需要用到H2做反應物，以甲烷為原料制取氫氣是工業上常用的制氫方法。已知：

①CH4（g）+ H2O（g）= CO（g）+3H2（g） △H=+206.2 kJ·mol-1

②CH4（g）+ CO2（g）= 2CO（g）+2H2（g） △H=+247.4 kJ·mol-1

則CH4和H2O（g）反應生成CO2和H2的熱化學方程式為： 。

（3）在反應(Ⅰ)中制得的CH3OH 即可以做燃料，還可以與氧氣組成堿性燃料電池，電解質溶液是20％～30％的KOH溶液。則該燃料電池放電時：負極的電極反應式為____________________。

Answer 1

【答案】（1）吸熱 （2）0.67 （3）減小 不變

（4）CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)+4H2(g) △H=+165.0 kJ·mol-1

（5）CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O

【解析】

試題分析：（1）①由圖可知，壓強一定時，隨溫度升高，CO的轉化率降低，故升高溫度平衡向逆反應移動，則正反應為放熱反應，因此逆反應是吸熱反應；

②100℃，平衡時CO的轉化率為0.5，所以參加反應的CO的物質的量為2mol。

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）；

開始（mol）： 4 8 0

變化（mol）： 2 4 2

平衡（mol）： 2 4 2

因此該反應達到平衡時容器體積為開始容器體積的倍。

③在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4molCO，平衡向正反應移動，但CO的轉化率減小，化學平衡常數只受溫度影響，與濃度無關，溫度不變，平衡常數不變；

（2）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJmol-1

②CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJmol-1

依據蓋斯定律計算，①×2—②即得到CH4和H2O（g）反應生成

CO2和H2的熱化學方程式為CH4(g)+2H2O(g)＝CO2(g)+4H2(g) △H=+165.0 kJ·mol-1 ；

（3）該燃料電池放電時是原電池，負極上是甲醇失電子發生氧化還原反應生成碳酸鹽，反應的電極反應式為CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O。