Question

（12分）甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) ⊿H
已知某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	H—O
鍵能/kJ·mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：
（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，該反應的⊿H =        ；
（2）某化學研究性學習小組模擬工業合成甲醇的反應，在容積固定為2L的密閉容器內充入1molCO和2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計）后在250°C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
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率=      ，該溫度下平衡常數K=         ，若升高溫度則K值          （填“增大”、“減小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說明上述反應已達平衡的是         ；
A、容器內氣體的平均摩爾質量保持不變
B、2v(H₂)_正=v(CH₃OH)_逆
C、容器中氣體的壓強保持不變                
D、單位時間內生成nmolCO的同時生成2nmolH₂
（4）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動汽車的車載電池，其工作原理示意圖如右，該燃料電池的電池反應式為2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(l)，則負極的電極反應式為                                。

Answer 1

(12分) (1) -116 kJ·mol^－1    (2) 0.0125 mol·L^－1·min^－1 , 4 , 減小
（3）AC              (4) 2 CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺

（1）反應熱就是斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，所以根據反應式可知，該反應的△H＝1072kJ·mol＋2×436kJ·mol－3×412kJ·mol－358kJ·mol－463kJ·mol＝－116kJ·mol.
（2）            CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
起始量（mol）    1      2           0
轉化量（mol）    x      2x          x
平衡量（mol）  1－x   2－2x         x
所以有
解得x＝0.5
CO表示的平均反應速率是＝0.0125 mol·L^－1·min^－1。該溫度下平衡常數K=；正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡向逆反應方向進行，平衡常數減小。
（3）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，所以A可以說明；B中反應速率的方向相反，但不滿足速率之比是相應的化學計量數之比，不能說明；反應是體積減小的，所以壓強也是減小的，C可以說明；D中反應速率的方向是相同的，速率之比是相應的化學計量數之比，因此D中的關系始終是成立，不正確，答案選AC。
（4）原電池中負極失去電子，所以甲醇在負極通入。由于質子交換膜只能允許氫離子通過，所以負極電極反應式是2 CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺。