Question

【題目】能源問題是現代社會發展的三大基本問題之一。

(1)焦炭可用于制取水煤氣。實驗測得1.2 g 碳與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了13.16 kJ熱量。該反應的熱化學方程式為______________；該反應在________條件下能自發進行（選“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）。

(2)甲醇（CH3OH）廣泛用作燃料電池的燃料，工業上可由CO和H2來合成，化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。如圖是在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線。

①T1和T2溫度下的平衡常數大小關系是K1________（填“>”、“<”或“=”）K2。

②若容器容積不變，下列措施不能增加CO轉化率的是________（填字母）。

a．降低溫度

b．將CH3OH(g)從體系中分離

c．使用合適的催化劑

③生成甲醇的化學反應速率（v）與時間（t）的關系如圖所示。則圖中t2時采取的措施可能是_____；

④若在T1℃時，往一密閉容器通入等物質的量CO和H2測得容器內總壓強1MPa，40min達平衡時測得容器內總壓強為0.6MPa，計算生成甲醇的壓強平衡常數KP＝________(MPa)-2（小數點后保留2位小數，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數）。

(3)甲醇(CH3OH)燃料電池是以鉑為電極，以KOH溶液為電解質溶液，在兩極區分別加入CH3OH和O2即可產生電流。請寫出負極的電極反應為_______________。

Answer 1

【答案】C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H=+131.6 kJ/mol 高溫 > c 加壓 66.67 CH3OH-6e-+8OH- = CO32-+6H2O

【解析】

(1)焦炭制水煤氣時，發生反應為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)。1.2 g 碳為0.1mol，與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了13.16 kJ熱量。由此可寫出該反應的熱化學方程式；該反應的H>0，由此可確定該反應能自發進行的溫度。

(2)①從達平衡所用的時間可確定T1<T2，溫度低時CO的轉化率大，則表明正反應為放熱反應，由此可得出T1和T2溫度下的平衡常數大小關系。

②a．降低溫度 ，平衡正向移動；

b．將CH3OH(g)從體系中分離，平衡正向移動；

c．使用合適的催化劑 ，加快反應速率，但平衡不發生移動。

③從增大壓強、升高溫度兩方面進行分析，確定圖中t2時采取的可能措施。

④假設T1℃時，CO和H2的物質的量都為1mol，參加反應CO的物質的量為x，建立三段式，然后利用“容器內總壓強1MPa，40min達平衡時測得容器內總壓強為0.6MPa，計算生成甲醇的壓強平衡常數KP。

(3)甲醇(CH3OH)燃料電池(以KOH溶液為電解質溶液)中，在兩極區分別加入CH3OH和O2即可產生電流，則負極加入CH3OH，放電后生成CO32-和水，由此可寫出電極反應式。

(1)焦炭制水煤氣時，發生反應為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)。1.2 g 碳為0.1mol，與水蒸氣完全反應生成水煤氣時，吸收了13.16 kJ熱量，該反應的熱化學方程式為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H=+131.6 kJ/mol；該反應的H>0，該反應在高溫條件下能自發進行。答案為：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H=+131.6 kJ/mol；高溫；

(2)①從達平衡所用的時間可確定T1<T2，溫度低時CO的轉化率大，則表明正反應為放熱反應，T1和T2溫度下的平衡常數大小關系是K1>K2。答案為：>；

②a．降低溫度 ，平衡正向移動，CO轉化率增大，a符合題意；

b．將CH3OH(g)從體系中分離，平衡正向移動，CO轉化率增大，b符合題意；

c．使用合適的催化劑 ，加快反應速率，但平衡不發生移動，c不合題意；

故選c。答案為：c；

③從圖中可以看出，改變條件后，v正、v逆都增大，且平衡正向移動，若為升高溫度，則平衡逆向移動，所以應為加壓。答案為：加壓；

④假設CO和H2的物質的量都為1mol，參加反應CO的物質的量為x，建立三段式：

依題意得：，x=0.4mol，生成甲醇的壓強平衡常數KP=≈66.67(MPa)-2。答案為：66.67；

(3)甲醇(CH3OH)燃料電池(以KOH溶液為電解質溶液)中，負極加入CH3OH，放電后生成CO32-和水，則負極反應式為CH3OH-6e-+8OH- = CO32-+6H2O。答案為：CH3OH-6e-+8OH- = CO32-+6H2O。