Question

【題目】甲醇（CH3OH）是一種重要的化工原料，既可用于化工生產，也可直接用做燃料。

（1）工業上可用CO2和H2反應制得甲醇。在2×105Pa、300℃的條件下，CO2和H2反應生成甲醇和水，當消耗2molCO2時放出98kJ的熱量，該反應的熱化學方程式為___________。

（2）甲醇也可由CO與H2反應制得。在一定溫度下，初始容積相同的兩個容器中（如圖），發生反應： CO(g)+2H2(g)＝CH30H(g)。

① 能表明甲和乙容器中反應一定達到平衡狀態的是________（填字母代號）。

A.混合氣體的密度保持不變 B．混合氣體的總壓強保持不變

C.CO的質量分數保持不變 D. CO 與H2的轉化率之比為3 : 2

E.v(CO)=v(CH30H)

②兩容器中反應達到平衡時，Co的轉化率α甲______α乙（填“>”、“< ”或“=”）

（3）組成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60時，體系中CO 的平衡轉化率(α)動與溫度和壓強的關系如圖所示。圖中的壓強由大到小依次為_______，其判斷理由是______________。

（4）甲醇燃料電池（簡稱DMFC）可作為常規能源的替代品而備受關注。DMFC的工作原理如圖所示：

① 加入a 物質的電極是電池的______（填“正”或“負”）極，其電極反應式為________.

② 常溫下以該裝置作電源，用惰性電極電解NaCl和CuSO4的混合溶液，當電路中通過0.4mol電子的電量時，兩電極均得到0.14mol的氣體。若電解后溶液體積為4OL，則電解后溶液的pH 為________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH=－49 kJ/mol C ＞ P3＞P2＞P1 該反應為氣體分子數減小的反應，在相同溫度下，加壓有利于提升CO的轉化率 負 CH3OH＋H2O CO2＋6H+ 11

【解析】本題分析：本題主要考查化學平衡。

（1）在2×105Pa、300℃的條件下，CO2和H2反應生成甲醇和水，當消耗2molCO2時放出98kJ的熱量，該反應的熱化學方程式為CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH=－49 kJ/mol。

（2）① A.乙中混合氣體的密度始終保持不變；B.甲中混合氣體的總壓強始終保持不變；C.CO的質量分數隨著反應進行而變化，當保持不變時說明反應達到平衡狀態；D. CO 與H2的轉化率之比與平衡狀態之間沒有一定關系；E.都是正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態。故選C。

②該反應氣體物質的量減少，甲相當于乙加壓而成，加壓平衡右移，兩容器中反應達到平衡時，CO的轉化率α甲>α乙。

（3） 圖中的壓強由大到小依次為P3＞P2＞P1，其判斷理由是該反應為氣體分子數減小的反應，在相同溫度下，加壓有利于提升CO的轉化率。

（4）① 從電子移動方向可知，加入a 物質的電極是電池的負極，其電極反應式為CH3OH＋H2O-6e-=CO2＋6H+。

② 陰極首先生成銅，之后生成氫氣和氫氧化鈉 ，產生0.14mol氫氣同時產生0.28molOH-。陽極產生氯氣、氧氣和硫酸，根據題意可得n(Cl2)+ n(O2)=0.14mol和2n(Cl2)+ 4n(O2)=0.40mol，解得 n(O2)=0.06mol，同時生成0.24molH+。電解后剩余0.04molOH-，溶液體積為4OL，則c(OH-)=1×10-3mol/L， c(H＋)= =-mol/L =1×10-11mol/L，溶液的pH=11.