Question

【題目】甲醇燃料電池被認為是21世紀電動汽車候選動力源
（1）甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉化為氫氣的兩種反應原理是：
①CH3OH（g）+H2O（g）═CO2（g）+3H2（g）△H1=+49.0kJmol﹣1
②CH3OH（g）+ O2（g）═CO2（g）+2H2（g）△H2
已知H2（g）+ O2（g）═H2O（g）△H=﹣241.8kJmol﹣1 ， 則反應②的△H2= ．
（2）工業上一般可采用如圖1所示反應來合成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），現實驗室模擬該反應并進行分析，圖1是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線

①該反應的焓變△H0（填“＞”“＜”或“=”）．
②T1和T2溫度下的平衡常數大小關系是K1K2（填“＞”“＜”或“=”）
③現進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO和3molH2 ， 測得CO 和CH3OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應開始到平衡，CO的平均反應速率v（CO）= ， 該反應的平衡常數為K=
④恒容條件下，達到平衡后，下列措施中能使 增大的有
A．升高溫度 B．充入He（g）
C．再充入1molCO 和3molH2 D．使用催化劑．

Answer 1

【答案】
（1）﹣192.8kJ?mol﹣1
（2）＜,＞,0.225mol/（L?min）,,C
【解析】解：（1）由蓋斯定律可知，①CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）△H1=+49.0kJmol﹣1、③H2（g）+ O2（g）═H2O（g）△H=﹣241.8kJmol﹣1，①+③得到反應②，則△H2=+49.0kJmol﹣1+（﹣241.8kJmol﹣1）=﹣192.8kJmol﹣1；

（2）①根據先拐先平原則，由圖1可知，溫度T1＜T2，平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應；

②平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應；升高溫度，平衡向逆反應移動，所以K1＞K2；

③由圖2可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH3OH）= =0.075mol/（Lmin），速率之比等于化學計量數之比，所以v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.075mol/（Lmin）=0.225mol/（Lmin）；

平衡時c（CH3OH）=c（H2O）=0.75mol/L，c（CO2）=0.25mol/L，反應消耗二氧化碳濃度為0.75mol/L，則反應消耗氫氣濃度為0.75mol/L×3=2.25mol/L，則達到平衡時氫氣濃度為：c（H2）=3mol/L﹣2.25mol/L=0.75mol/L，所以該溫度下該反應的平衡常數K= = ；

④要使 增大，應使平衡向正反應方向移動

A．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則n（CH3OH）/n（CO2）減小，故A錯誤；

B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應物質來說，濃度沒有變化，平衡不移動，n（CH3OH）/n（CO2）不變，故B錯誤；

C．再充入1mol CO2和3mol H2，等效于在原來基礎上縮小體積一半，壓強增大，平衡向正反應方向移動，則n（CH3OH）/n（CO2）增大，故C正確；

D．使用催化劑，平衡不移動，故n（CO）和n（CH3OH）均不變，故D錯誤；
所以答案是：（1）﹣192.8kJmol﹣1；（2）①＜；②＞；③0.225mol/（Lmin）；；④C
【考點精析】掌握化學平衡狀態本質及特征和化學平衡的計算是解答本題的根本，需要知道化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）；反應物轉化率=轉化濃度÷起始濃度×100%=轉化物質的量÷起始物質的量×100%；產品的產率=實際生成產物的物質的量÷理論上可得到產物的物質的量×100%．