Question

【題目】（14分）甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。工業上利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主反應如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol

回答下列問題：

（1）已知反應①中相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	x

則x＝_________。

（2）若將lmol CO2和2mol H2充入容積為2L的恒容密閉容器中，在兩種不同溫度下發生反應②。測得CH3OH的物質的量隨時間的變化如圖所示。

①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KI_____KⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)；

②一定溫度下，能判斷該反應達到化學平衡狀態的是_____。

a．容器中壓強不變 b．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變

c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2個C＝O斷裂的同時有6個H—H斷裂

③若5min后反應達到平衡狀態，H2的轉化率為90%，則用CO2表示的平均反應速率為_________，該溫度下的平衡常數為_______；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是________。

a．縮小反應容器的容積 b．使用合適的催化劑

c．充入He d．按原比例再充入CO2和H2

（3）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池。以此電池作電源，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理過程（裝置如圖所示）。其中物質b是_____ ，陽極電極反應為____ 。

Answer 1

【答案】

（1）413（2分）

（2）①＞（1分）

②ac（2分）

③0.06mol/(L·min)（2分） 450（2分） ad（2分）

（3）甲醇（CH3OH）（1分） 2Al－6e－＋3H2O＝Al2O3＋6H＋（2分）

【解析】

試題分析：

（1）已知：①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1

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

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H＝＋41 kJ/mol

根據蓋斯定律可知②－③即得到反應①的△H1＝－99kJ/mol。根據表中鍵能可知1076＋2×436－3x－343－465＝－99，解得x＝413。

（2）①曲線Ⅱ首先達到平衡狀態，說明曲線Ⅱ的溫度高于曲線I。由于正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向進行，平衡常數減小，所以對應的平衡常數大小關系為KI＞KⅡ；

②a．正反應體積減小，則容器中壓強不變說明達到平衡狀態，a正確；b．根據方程式可知甲醇和水蒸氣的體積比始終是1∶1，不能說明達到平衡狀態，b錯誤；c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH）表示正逆反應速率相等，達到平衡狀態，c正確；d．根據方程式可知2個C＝O斷裂的同時一定有6個H—H斷裂，不能說明達到平衡狀態，d錯誤，答案選ac。

③ CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g)

起始濃度（mol/L）0.5 1 0 0

變化濃度（mol/L）0.3 0.9 0.3 0.3

平衡濃度（mol/L）0.2 0.1 0.3 0.3

則用CO2表示的平均反應速率為0.3mol/L÷5min＝0.06mol/(L·min)；該溫度下的平衡常數為0.3 ×0.3/0.2×0.13＝450。

a．正反應體積減小，縮小反應容器的容積平衡向正反應方向進行，甲醇的產率升高，a正確；b．使用合適的催化劑平衡不移動，產率不變，b錯誤；c．容器容積不變，充入He，各物質濃度不變，平衡不移動，對產率無影響，c錯誤；d．按原比例再充入CO2和H2相當于增大壓強，平衡向正反應方向進行，甲醇的產率升高，d正確；答案選ad。

（3）模擬鋁制品表面“鈍化”處理，則電極鋁是陽極，與電源的正極相連，所以a物質是氧氣，b物質是甲醇。鋁為陽極，會發生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為2Al－6e－＋3H2O＝Al2O3＋6H＋。