Question

（15分）甲醇（CH₃OH）是一种可再生能，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

（1）t℃时，往1L密闭容器中充入1mol CO和2molH₂。10min后，反应达到平衡，并测得CH₃OH(g)的浓度为0.8 mol·L^－1。

①该时间内反应速率v(H₂) ＝____。t℃时，该反应的化学平衡常数K=  (mol·L^－1)^－2

②下列各项中，能说明该反应已达到平衡的是_____________（填序号）

a.恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化

b.一定条件下，测得v_正(CO) ＝v_逆(CH₃OH)

c.恒温、恒容条件下，容器内的气体密度不发生变化

d.一定条件下，单位时间内消耗2 mol H₂，同时生成1 mol CH₃OH(g)

（2）下图是该反应在T₁ 、T₂温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①该反应的焓变ΔH____0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁____________K₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。

③若保持容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______________。

a．升高温度                    b．将CH₃OH(g)从体系中分离

c．使用合适的催化剂            d．充入He，使体系总压强增大

（3）已知在常温常压下：

①2CH₃OH(l)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH ＝－a kJ·mol^-1

②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)  ΔH ＝－b kJ·mol^-1

则，CH₃OH(l)+O₂(g) =CO(g)+2H₂O(g)   ΔH＝____________kJ·mol^-1。

（4）我国在甲醇燃料电池技术方面已获得重大突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为______。

②该电池正极的电极反应式为        。

Answer

（1）①0.16 mol·L·min－1 (2分) 25 （mol·L－1）－2(2分)

②ab（2分,缺1项扣1分，有错项0分）

（2）① <（1分）② >（1分）③ b（2分）

（3）（2分）

（4）① CH3OH（1分）② O2 + 4e－+ 4H+ ＝ 2H2O（2分）

【解析】

试题分析：（1）①

所以 mol·L·min－1；

化学平衡常数25 （mol·L－1）－2；②该反应为体积可变的反应，所以恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化，反应达到平衡状态；v正(CO) ＝v逆(CH3OH)，正逆反应速率相等，达到平衡状态；恒温、恒容条件下，，V不变，m不所以密度始终不变，变容器内的气体密度不发生变化，不一定平衡；单位时间内消耗2 mol H2，同时生成1 mol CH3OH(g)，无法判断逆反应的速度，所以不一定平衡；

（2）①根据图像，先拐先平，所以，即升高温度CO的转化率减小，平衡左移，所以ΔH<0；②升高温度，平衡左移，所以升高温度平衡常数减小；③升高温度平衡左移，甲醇产率降低；将CH3OH(g)从体系中分离，平衡右移，甲醇产率增大；使用合适的催化剂，平衡不移动，甲醇产率不变；充入He，使体系总压强增大，平衡不移动，甲醇产率不变。

（3）根据盖斯定律CH3OH(l)+O2(g) =CO(g)+2H2O(g) ΔH＝（①—②）÷2= kJ·mol-1；

（4）根据电池内H+右移，所以左侧为负极发生氧化反应，b孔通入CH3OH；正极通入氧气，正极反应式为O2 + 4e－+ 4H+ ＝ 2H2O 。

考点：本题考查平衡移动、平衡常数、燃料电池。