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【題目】煤的氣化在煤化工業中占有重要地位,至今仍然是化學工業的重要組成部分。

(1)已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的標準燃燒熱分別為-285.8 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1和-726.5 kJ·mol-1。請寫出CH3OH(l)完全燃燒生成二氧化碳和液態水的熱化學方程式:________________________________________________________________

(2)工業上一般在恒容密閉容器中采用下列反應合成甲醇:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH。下表所列數據是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(K)

溫度/℃

250

300

350

K

2.041

0.270

0.012

①由表中數據判斷ΔH________(填“>”、“=”或“<”)0。

②某溫度下,將2 mol CO和6 mol H2充入2 L的密閉容器中,充分反應后,4 min達到平衡時測得c(CO)=0.2 mol·L-1,此時的溫度為_____,則反應速率v(H2)=__________

(3)T ℃時,在t0時刻,合成甲醇反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)達到平衡,若在t1時刻將容器的體積縮小為原來的,在t2時刻又達到新的平衡,請在圖中用曲線表示t1t2時間段氫氣、甲醇物質的量濃度隨時間變化的趨勢示意圖(其他條件不變,曲線上必須標明氫氣、甲醇)。__________

(4)如果用CH3OH和空氣作燃料電池,用KOH作電解質溶液,請寫出該燃料電池的負極的電極反應式:_____________________________________________________

【答案】 CH3OH(l)+O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.5 kJ·mol-1 250 ℃ 0.4 mol·L-1·min-1 CH3OH-6e+8OH===CO+6H2O

【解析】(1)CH3OH(l)的燃燒熱為726.5kJmol-1,則甲醇完全燃燒的熱化學方程式為CH3OH(l)+O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)△H=-726.5kJmol-1

(2)①升高溫度,平衡向吸熱方向移動,根據表格知,溫度越高,化學平衡常數越小,說明平衡向逆反應方向移動,所以正反應是放熱反應,即△H<0;

② CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
反應開始 1mol/L 3mol/L 0
反應 0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L
平衡 0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L
平衡常數K==2.04,所以是250℃;反應速率v(H2)==0.4 molL-1min-1

(3)若在t1時刻將容器的體積縮小一倍,相當于增大壓強,各組分的濃度立即增加原來的一倍,然后是平衡開始正向移動,至新平衡,圖示如下:
假定在t2時刻后又達到新的平衡

(4)CH3OH和空氣作燃料電池,負極CH3OH發生氧化反應,在堿性條件下的電極反應式為CH3OH-6e+8OH=CO32-+6H2O。

練習冊系列答案
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A. x可能等于1

B. 甲、乙兩容器中反應達平衡時,平衡常數KK

C. 將乙容器升溫可使甲、乙容器內各物質的體積分數相同

D. 若向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B,則平衡時甲容器中0.78 mol·L-1c(A)1.56 mol·L-1

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A.3v(H2)=2v(NH3)

B.單位時間生成m mol N2的同時消耗3m mol H2

C.容器內的總壓強不再隨時間而變化

D.混合氣體的密度不再隨時間變化

E.a molN≡N鍵斷裂的同時,有6amolN—H鍵斷裂

F.N2、H2、NH3的分子數之比為1∶3∶2

2)某化學研究性學習小組模擬工業合成氨的反應。在容積固定為2L的密閉容器內充入1molN2和3molH2,加入合適催化劑(體積可以忽略不計)后在一定溫度壓強下開始反應,并用壓力計監測容器內壓強的變化如下:

反應時間/min

0

5

10

15

20

25

30

壓強/MPa

16.80

14.78

13.86

13.27

12.85

12.60

12.60

則從反應開始到25min時,以N2表示的平均反應速率= ;該溫度下平衡常數K=

(3) 利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑的作用下合成甲醇,主要反應如下:

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-99kJ·mol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-58 kJ·mol-1

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H

圖1中能正確反映平衡常數K隨溫度變化關系的曲線是 ;反應△H= kJ·mol-1

(4)合成氣的組成n(2)/n(CO+CO2)=2.60時體系中的CO平衡轉化率α(CO)與溫度和壓強的關系如圖2所示。圖中的壓強p1、p2、p3由大到小的順序為 α(CO)隨溫度升高而減小,其原因是

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