Question

【題目】(1)甲醇(CH3OH)是重要的溶劑和替代燃料，工業上用CO和H2在一定條件下制備CH3OH的反應為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在體積為1L的恒容密閉容器中，充入2molCO和4molH2，一定條件下發生上述反應，測得CO(g)和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖一所示。

①從反應開始到l0min，用一氧化碳表示的平均反應速率v(CO)=____________。

②下列說法正確的是____________(填字母序號)。

A．達到平衡時，H2的轉化率為65%

B．5min后容器中混合氣體的平均相對分子質量不再改變

C．達到平衡后，再充入氬氣，反應速率減小

D．2min前v(正)>v(逆)，2min后v(正)<v(逆)

(2)碳與水蒸氣反應制取H2的相關反應如下：

Ⅰ:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.0kJ/mol

Ⅱ:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H= - 43kJ/mol

Ⅲ:CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(S) △H= - 178.3kJ/mol

計算反應C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)的△H=__________kJ/mol；

若K1、K2、K3分別為反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常數，該平衡常數K=__________(用K1、K2、K3表示)。

②對于可逆反應C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)，采取以下措施可以提高H2產率的是________。(填字母)

A．降低體系的溫度 B．壓縮容器的體積

C．增加CaO的量 D．選用適當的催化劑

(3)甲醇作為一種燃料還可用于燃料電池。在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用甲醇、空氣與CO2的混合氣體作反應物，鎳作電極，用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質。該電池的負極反應式為_________。

Answer 1

【答案】

(1)①0.3mol/(L·min)；(無單位不給分) ②B

(2) ①-90.3 K1·K2·K3②A

(3)CH3OH - 6e-+3CO32-= 4CO2↑+2H2O

【解析】

試題分析：(1)①反應開始到5min，反應達到平衡，平衡后反應速率不變，用一氧化碳表示的平均反應速率v(CO)= ==0.3mol/(L·min) ，故答案為：0.3mol/(L·min)；

②A．達到平衡時，CO的轉化率=×100%=75%，根據方程式和起始充入的量的關系，因此H2的轉化率為75%，錯誤；B．5min后容器中反應達到平衡，混合氣體的平均相對分子質量不再改變，正確；C．達到平衡后，再充入氬氣，容器的體積不變，物質的濃度不變，反應速率不變，錯誤；D．5min后容器中反應達到平衡，因此2min前v(正)>v(逆)，2min后v(正)＞v(逆)，錯誤；故選B；

(2)①Ⅰ:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.0kJ/mol，Ⅱ:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H= - 43kJ/mol，Ⅲ:CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s) △H= - 178.3kJ/mol，根據蓋斯定律，將Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ得，C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g) △H=(+131.0kJ/mol)+(- 43kJ/mol)+(- 178.3kJ/mol)=-90.3 kJ/mol；根據上述分析，該平衡常數K= K1·K2·K3，故答案為：-90.3；K1·K2·K3；

②反應C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)△H=-90.3 kJ/mol。A．降低體系的溫度，平衡正向移動，H2產率增大，正確；B．壓縮容器的體積，平衡不移動，H2產率不變，錯誤；C．增加CaO的量，平衡不移動，H2產率不變，錯誤；D．選用適當的催化劑，平衡不移動，H2產率不變，錯誤；故選A；

(3) 通入甲醇的為負極，負極發生氧化反應，由于用Li2CO3和Na2CO3混合物作電解質，因此負極結合碳酸根離子生成二氧化碳，負極反應式為CH3OH - 6e-+3CO32-= 4CO2↑+2H2O，故答案為：CH3OH - 6e-+3CO32-= 4CO2↑+2H2O。