Question

【題目】Ⅰ．甲醇燃料電池被認為是21世紀電動汽車最佳候選動力源。

（1）101 kPa時，1 mol CH3OH液體完全燃燒生成CO2和液態(tài)水時放出熱量726.51 kJ，則表示甲醇燃燒的熱化學方程式為_______________________________。

（2）甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸汽轉化為氫氣的兩種反應原理是：

①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.0 kJ·mol-1 ②CH3OH(g)+ O2(g)= CO2(g)+2H2(g) △H2

已知H2(g)+ O2(g)===H2O(g) △H = —241.8kJ·mol-1，則反應②的△H2=_____________。

（3）工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，現(xiàn)在實驗室模擬該反應并進行分析。下圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線如右圖。

①該反應的焓變ΔH______0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關系是K1_______K2(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（4）H2 和CO合成甲醇反應為：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）（正反應是放熱反應）。在恒溫，體積為2L的密閉容器中分別充入1.2mol CO和1mol H2，10min后達到平衡，測得含有0.4mol CH3OH（g）。則達到平衡時CO的濃度為_______；10min內用H2表示的化學反應速率為_______；若要加快CH3OH的生成速率并提高CO的轉化率，可采取的措施有________________（填一種合理的措施）。

（5） 二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO2轉化為甲醇的熱化學方程式為： CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H 。

①該反應的平衡常數(shù)表達式為K=___________。

②在恒容密閉容器中使CO2和H2（物質的量之比為1∶3）發(fā)生上述反應，反應過程中測得甲醇的體積分數(shù)φ(CH3OH)與反應溫度T的關系如下圖所示，則△H _________0（填“大于”或“小于”）

Answer 1

【答案】 CH3OH(l) + 3/2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(l) △H = -726.51 kJ/mol -192.8kJ/mol ＜ ＞ 0.4mol/L 0.04mol/（L·min） 增大壓強（增加H2的量） 小于

【解析】Ⅰ．（1）101 kPa時，1 mol CH3OH液體完全燃燒生成CO2和液態(tài)水時放出熱量726.51 kJ，則表示甲醇燃燒的熱化學方程式為CH3OH(l) + 3/2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(l) △H = -726.51 kJ/mol。

（2）①CH3OH(g)+H2O(g)=CO2(g)+3H2(g) △H1=+49.0 kJ·mol-1 ②CH3OH(g)+ O2(g)= CO2(g)+2H2(g) △H2 ③H2(g)+ O2(g)===H2O(g) △H = —241.8kJ·mol-1，由①+③可得到②，則反應②的△H2= +49.0 kJ·mol-1 —241.8kJ·mol-1= -192.8 kJ·mol-1 。

（3）由圖像可知，T2先達平衡，所以T2>T1，溫度升高后，CO的平衡轉化率降低了，所以正反應為放熱反應，其平衡常數(shù)隨溫度升高而減小。

①該反應的焓變ΔH＜0。

②T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關系是K1＞K2。

（4）H2 和CO合成甲醇反應為：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）（正反應是放熱反應）。在恒溫，體積為2L的密閉容器中分別充入1.2mol CO和1mol H2，10min后達到平衡，測得含有0.4mol CH3OH（g）。則CO減小了0.4mol，H2減少了0.8mol，達到平衡時CO的濃度為mol/L；10min內用H2表示的化學反應速率為 0.04mol/（L·min）；若要加快CH3OH的生成速率并提高CO的轉化率，因為正反應氣體分子數(shù)減少，所以加壓對正反應有利，另外增大另一種反應物氫氣的濃度也可以提高CO的轉化率。所以可采取的措施有增大壓強（或增加H2的量）。注意不可采取降溫措施，因為降溫后化學反應速率減小。

（5）①該反應的平衡常數(shù)表達式為K=。

②由圖可知，反應過程中甲醇的體積分數(shù)φ(CH3OH)在達到最高后隨反應溫度升高而減小，則該反應為放熱反應，△H小于0 。