Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景。工業(yè)上一般采用下列反應(yīng)合成甲醇:CO2(g)+3H(g)CH3OH(g)+H2O(g)。在體積為2L的密閉容器中，充入2molCO2和9molH2，測(cè)得CO2(g)和CH3OH(g)濃度隨時(shí)間變化如圖所示:

（1）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K表達(dá)式為___________。

（2）0~10min時(shí)間內(nèi)，該反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(H2O)=_______________，H2的轉(zhuǎn)化率為_____________。

（3）下列敘述中，能說明反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是______(填字母)。

A.容器內(nèi)CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的濃度之比為1:3:1:1

B.v(CO2)正:v(H2)逆=1:3

C.平衡常數(shù)K保持不變

D.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

（4）已知在常溫常壓下:

①2CH3OH(l)+3O2(g)==2CO2(g)+4H2O(l) △H1 =-1452.8kJ·mol-1

②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H2 =-566.0kJ·mol-1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式:____________________________。

（5）中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆。甲醇燃料電池的工作原理如下圖所示:

①該電池工作時(shí)，c口通人的物質(zhì)為_____________。

②該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為______________________________。

Answer 1

【答案】 0.075 mol/(L·min) 50% BD CH3OH(l)＋O2(g)＝2H2O(l)＋CO(g) ΔH＝－443.4 kJ/mol O2（或空氣） CH3OH＋H2O－6e－＝CO2＋6H＋

【解析】（1）本題考查平衡常數(shù)的表達(dá)式，根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，K；（2）本題考查化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算以及化學(xué)平衡的計(jì)算，根據(jù)圖像以及化學(xué)反應(yīng)速率的數(shù)學(xué)表達(dá)式，v(CO2)=(1.00－0.25)/10mol/(L·min)=0.075 mol/(L·min)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，因此有v(CO2)=v(H2O)=0.075mol/(L·min)，消耗CO2的物質(zhì)的量為(1－0.25)×2mol=1.5mol，則 消耗氫氣的物質(zhì)的量為1.5×3mol=4.5mol，即氫氣的轉(zhuǎn)化率為4.5/9×100%=50%；（3）本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，A、根據(jù)圖像，達(dá)到平衡時(shí)，四種物質(zhì)的濃度不等于1：3：1：1，故A錯(cuò)誤；B、v(CO2)正，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v(H2)逆，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，且兩者反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，v(CO2)正:v(H2)逆=1:3，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B正確；C、化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，因此化學(xué)平衡常數(shù)不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；D、根據(jù)M=m/n，組分都是氣體，則氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)先后氣體系數(shù)之和不相等，則當(dāng)n不變時(shí)，即M不變時(shí)，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確；（4）本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，根據(jù)蓋斯定律，因此有(①－②)/2得出CH3OH(l)＋O2(g)＝2H2O(l)＋CO(g) ΔH＝－443.4 kJ/mol；（5）本題考查燃料電池以及電極反應(yīng)式的書寫，①根據(jù)H＋移動(dòng)的方向，H＋從負(fù)極移向正極，通燃料的一極為負(fù)極，通氧氣的一極為正極，即c口通入的是O2或空氣；②環(huán)境是酸性，因此負(fù)極反應(yīng)式為CH3OH＋H2O－6e－=CO2＋6H＋。