Question

【題目】甲醇是一種優質燃料，在工業上常用CO和H2合成甲醇，反應方程式為CO (g)+H2(g)CH3OH(g)。已知：①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH1=－283.0 kJ/mol；②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) ΔH2=－241.8 kJ/mol；③CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH3=－192.2 kJ/mol。回答下列問題：

（1）計算CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的反應熱ΔH4=_________________。

（2）若在絕熱、恒容的密閉容器中充入1 mol CO、2 mol H2，發生反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，下列示意圖正確且能說明在進行到t1時刻為平衡狀態的是________（填選項字母）。

（3）T1℃時，在一個體積為5 L的恒容容器中充入1 mol CO、2 mol H2，經過5 min達到平衡，CO的轉化率為0.8。T1℃時，在另一體積不變的密閉容器中也充入1 mol CO、2 mol H2，達到平衡時CO的轉化率為0.7，則該容器的體積______5 L（填“＞、＜或=”）；T1℃時，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數K=____________。

（4）在T1℃時，在體積為5 L的恒容容器中充入一定量的H2和CO，反應達到平衡時CH3OH的體積分數與n(H2)/n(CO)的關系如圖所示。溫度不變，當n(H2)/n(CO)=2.5時，達到平衡狀態，CH3OH的體積分數可能是圖象中的________點。

（5）為了提高燃料的利用率可以將甲醇設計為燃料電池，寫出KOH作電解質溶液時，甲醇燃料電池的負極反應式________________________________________________。

Answer 1

【答案】 －574.4 kJ/mol d ＞ 625 F CH3OH+8OH–-6e–＝CO32–+6H2O

【解析】(1)①CO(g)+ O2(g)═CO2(g)△H1=-283.0kJ/mol，②H2(g)+ O2(g)═H2O(g)△H2=-241.8kJ/mol，③CH3OH(g)+ O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)△H3=-192.2kJ/mol；蓋斯定律計算①+②×2-③，得到CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H4=-574.4KJ/mol；
(2)a、圖1表示t1時刻如果達平衡，正反應速率不變，而不是隨時間間改變而減小，故a錯誤；b、充入1molCO、2molH2，生成生成物甲醇，放出熱量，反應體系的溫度升高，K減小，而不是增大，故b錯誤；c、一氧化碳與甲醇的物質的量相等，而不是平衡狀態，故c錯誤；d、隨著反應的進行，一氧化碳的質量減小，一氧化碳的質量分數不變，說明各物質的質量不變，反應達平衡狀態，故d正確；
故選d，故答案為d；
(3)T1℃時，在一個體積為5L的恒容容器中充入1mol CO、2mol H2，經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.8，化學三行計算列式得到，
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量(mol/L) 0.20.4 0
變化量(mol/L) 0.160.32 0.16
平衡量(mol/L)0.040.08 0.16
則5min內用H2表示的反應速率為v(H2)= =0.064mol/(Lmin)，
溫度不變，T1℃時，在另一體積不變的密閉容器中也充入1mol CO、2mol H2，達到平衡時CO的轉化率為0.7，轉化率減小說明平衡左移，體積增大，T1℃時，CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常數K==625；
(4)當容器中各物質的物質的量之比等于化學方程式計量數之比時，達到平衡狀態時生成物的體積分數最大，所以當n(H2)/n(CO)小于2，平衡時甲醇的體積分數逐漸增大，當n(H2)/n(CO)大于2，平衡時甲醇體積分數減小，所以C點對應的甲醇的體積分數最大，當n(H2)/n(CO)=2.5時，平衡時甲醇體積分數會降低，應選F點；
(5)燃料原電池中，甲醇失電子發生氧化反應，所以通入燃料甲醇的電極為負極，電極反應式為：CH3OH+8OH--6e-═CO32-+6H2O。