Question

【題目】CO、H2、CH3、OH均是清潔能源。

(1)已知部分化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	CO	O=O	C=O	C-O
E/(kJ mol-1)	958.5	497	745	351

2CO(g) +O2(g)==2CO2(g) △H1

H2O(g)+CO(g)==H2(g) + CO2(g) △H2 = -41 kJmol-1

CH3OH(g)+ 3/2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3 = -660kJmol-1

則△H1=_____ kJmol-1，反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的△H=_____ kJmol-1。

(2)一定條件下，在容積為2 L的密閉容器Q中充人a mol CO與6 molH2合成甲醇：CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。測得平衡時混合氣體中CH3OH的體積百分含量與溫度、 壓強之間的關系如圖1所示，圖2表示在一定溫度下，H2的平衡轉化率與反應開始時兩種反應物的投料物質的量之比（用X表示）、壓強之間的關系。

①壓強相同時，溫度為T1、T2時，反應達到平衡所需要的時間分別為t1、t2，則二者之間的相對大小為t1___ t2(填“>”、“<”、“=”或“無法確定”)。

②X=___________(用含a、b的式子表示)，p1_____p2(填“>”、“<”、“=”或“無法確定”)。

③若a =2，b=4，則壓強為p1、溫度為了T1時該反應的平衡常數K=______________。

④若在壓強為P1、溫度為T1時，向Q容器中同時加入等物質的量的CO、H2、CH3OH三種氣體，則反應開始時，v(CH3OH)正_____v(CH3OH)逆(填“>”、“<”、“=”或“無法確定”)。

(3)甲醇燃料電池是一種具有高能量轉化率的綠色電池，則用磷酸溶液作電解質時，負極的電極反應式為________________________。

Answer 1

【答案】 -566 -107 > > 4. 5 無法確定 CH3OH+H2O-6e-==CO2↑+6H+

【解析】（1）根據化學方程式及化學鍵鍵能數據，△H1=2×958.5+497-2×745×2=-566 kJmol-1；根據蓋斯定律，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的△H=△H1×-△H2×2-△H3=（-566×+41×2+660）kJmol-1=-107 kJmol-1。

（2）因為CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=-107 kJmol-1<0，所以溫度越高，平衡時CH3OH的含量越低，所以圖1中T2>T1，故①壓強相同時，溫度為T1、T2時，反應達到平衡所需要的時間分別為t1、t2，則二者之間的相對大小為t1>t2。②已知a mol CO與b molH2合成甲醇，故投料物質的量之比（用X表示）為： ；由圖2知，投料比相同時，壓強為P1的反應氫氣平衡轉化率高，又因為該反應為氣體分子數減小的反應，故P1>P2。③若a=2，b=4，則壓強為P1、溫度為了T1時，列三段式：

由圖1，此條件下平衡時CH3OH的體積分數為40%，所以： =0.4，解得x=，所以平衡時n（CO）=mol，n（H2）=mol，又因為容積為2L，所以CO、H2、CH3OH的平衡濃度分別為： molL-1、molL-1、 molL-1，故K= =4.5。

④若在壓強為P1、溫度為T1時，向Q容器中同時加入等物質的量的CO、H2、CH3OH三種氣體（設為y），此時濃度商==÷[×()2]= ，與K無法比較大小，不確定平衡向哪個方向移動，故無法確定ν(CH3OH)正與ν(CH3OH)逆的大小。

（3）酸性條件下甲醇燃料電池的總反應式為：CH3OH+O2=CO2+2H2O①，酸性條件下該燃料電池的正極反應式為： O2+6H++6e-=3H2O②，①-②得電池負極反應式為：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+。