Question

開發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”，正成為科學(xué)家研究的主要課題。氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。

（1）已知：① 2CH₃OH(1) + 3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(g)  ΔH₁ = – 1275.6 kJ/mol

② 2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)    ΔH₂ = – 566.0 kJ/mol

③ H₂O(g) = H₂O(1)  ΔH₃ = – 44.0 kJ/mol

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：___________。

（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂來源于：CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)  ΔH>0

①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖a。則T_l ________T₂(填“<”、“>”、“=”，下同)；A、B、C三點(diǎn)處對應(yīng)平衡常數(shù)（K_A、K_B、K_C）的大小關(guān)系為___________。

     

②100℃時，將1 mol CH₄和2 mol H₂O通入容積為1 L的定容密封容器中，發(fā)生反應(yīng)，能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________

a．容器內(nèi)氣體密度恒定  

b．單位時間內(nèi)消耗0.1 mol CH₄同時生成0.3 mol H₂

c．容器的壓強(qiáng)恒定      

d．3v正(CH₄) = v逆(H₂)

如果達(dá)到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K =___________

（3）某實(shí)驗小組利用CO(g) 、 O₂(g) 、KOH（aq）設(shè)計成如圖b所示的電池裝置，則該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為___________。

 

Answer 1

【答案】

（共12分）（每空2分）

（1）CH₃OH(1) + O₂(g) = CO(g) + 2H₂O(1)  ΔH = –442.8 kJ·mol^{– 1}；

（2）①  <  ； K_C = K_B >K_A    ； 

② cd ；  2.25 ；

（3）CO  – 2e^–  +  4 OH^－ = CO₃^2-+ 2H₂O 

【解析】

試題分析：

（1）不完全燃燒生成CO 和H₂O ，由（①-②）*1/2+2*③得：方程式CH₃OH(1) + O₂(g) = CO(g) + 2H₂O(1)  ΔH = –442.8 kJ·mol^{– 1}；

（2）①CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)  ΔH>0  溫度升高，CH₄轉(zhuǎn)化率增大，由圖，P相等，A——B CH₄轉(zhuǎn)化率增大，T_l < T_2。 B和C點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相等。因T_l < T₂ ,反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，故有K_C = K_B >K_{A  。}

②對于前后系數(shù)不等的反應(yīng)，“容器的壓強(qiáng)恒定”可做標(biāo)志。CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)

v正(CH₄) ： v逆(H₂)=1:3  變形有3v正(CH₄) = v逆(H₂)。

CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)

初   1        2         0       0

變  1*0.5     0.5       0.5      3*0.5

平  0.5       1.5      0.5        1.5         K=0.5*1.5³/ 0.5*  1.5 = 2.25

（3）總：CO+1/2 O₂ +2OH^-= CO₃^2-+ H₂O     正極：1/2 O₂+2 e^–= 2OH^-   負(fù)極=總-正極

 負(fù)極：得CO  – 2e^–  +  4 OH^－ = CO₃^2-+ 2H₂O  。

考點(diǎn)：本題考查蓋斯定律、平衡移動、平衡常數(shù)、平衡計算、原電池等知識。