Question

甲醇汽油是由10%一25%的甲醇與其他化工原料、添加劑合成的新型車用燃料，可達到國標汽油的性能和指標．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．
I、工業上合成甲醇一般采用下列反應：CO（g）+2H₂（g） CH₃ OH（g）△H=a kJ/mol，
下表是該反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）：

溫度/℃	250	310	350
K	2.041	0.250	0.012

（1）由表中數據判斷△Ha

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.5mol?L^-1，則此時的溫度為

 

℃．
（3）在容積固定的密閉容器中發生上述反應，各物質的濃度如下表：

濃度mol/L 時間/min	c（CO）	c（H2）	c（CH3OH）
0	0.8	1.6	0
2	0.6	1.2	0.2
4	0.3	0.6	0.5
6	0.3	0.6	0.5

①反應從2min到4min之間，H₂的反應速率為

 

．
②反應達到平衡時CO的轉化率為

 

．
③反應在第2min時改變了反應條件，改變的條件可能是

 

（填序號）．
A．使用催化劑    B．降低溫度    C．增加H₂的濃度
（4）向容積相同、溫度分別為T₁和T₂的兩個密閉容器中均充入1molCO和2mol H₂，發生反應CO（g）+2H₂（g）CH₃ OH（g）△H=akJ/mol．恒溫恒容下反應相同時間后，分別測得體系中CO的百分含量分別為w₁和w₂；已知T₁＜T₂，則w₁

 

w₂（填序號）．
A．大于     B．小于     C．等于     D．以上都有可能
Ⅱ、甲醇在化學電源方面也有著重要應用．寫出以甲醇為燃料，氫氧化鈉溶液為電解質溶液的原電池中負極的電極反應式：

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ、（1）依據平衡常數隨溫度變化分析判斷；
（2）依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算平衡常數，與表中數據比較的大所需溫度；
（3）①分析圖表數據，結合化學反應速率概念是單位時間內 物質濃度的變化計算得到；
②一氧化碳的轉化率是用消耗量除以起始量計算；
③影響化學反應速率的因素有：使用催化劑、改變溫度、濃度、改變物質的表面積等；
（4）依據反應過程中，開始反應溫度高反應速率快，一氧化碳含量少，但達到平衡后，反應是放熱反應，溫度高的平衡平衡逆向進行，一氧化碳含量高；
Ⅱ、燃料電池中燃料在負極失電子發生氧化反應，甲醇失電子生成二氧化碳在堿溶液中生成碳酸鹽，結合電荷守恒配平寫出電極反應．

解答：解：I、（1）圖表中平衡常數隨溫度升高而減小，說明升溫平衡逆向進行，正反應是放熱反應，△H＜0，故答案為：＜；
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.5mol?L^-1，
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃ OH（g）
起始量（mol/L）   1         3           0
變化量（mol/L）  0.5        1           0.5
平衡量（mol/L）  0.5        2           0.5
平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.5

0.5×22

=0.25；
對比圖表可知，反應是在310°C達到的平衡，
故答案為：310；
（3）①反應從2min到4min之間，氫氣物質的量濃度變化1.2mol/L-0.6mol/L=0.6mol/L，H₂的反應速率=

0.6mol/L

4min-2min

=0.3mol/L?min，
故答案為：0.3mol/（L?min）；
②反應達到平衡時CO的轉化率=

0.8mol/L-0.3mol/L

0.8mol/L

×100%=62.5%，故答案為：62.5%；  
 ③通過圖表比較起始到第2min和第2min到第4min時知，反應物和生成物的反應速率都增大，所以改變的條件是升高溫度或使用催化劑，故答案為：A；
（4）依據反應過程中，開始反應階段溫度高反應速率快，一氧化碳含量少，但達到平衡后，反應是放熱反應，溫度高的平衡平衡逆向進行，一氧化碳含量高，所以當反應到一定時間，一氧化碳的含量不能確定，故答案為：D；
II、甲醇為燃料，氫氧化鈉溶液為電解質溶液的原電池中，甲醇失電子生成二氧化碳在堿溶液中生成碳酸鹽，負極的電極反應式為2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，故答案為：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O．

點評：本題考查了學生影響化學反應速率的因素和有關反應速率和平衡常數的計算，原電池電極反應書寫，有一定的綜合性，題目難度中等．