Question

(10分)甲醇合成反应为：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)

（1）合成甲醇的反应过程中物质能量变化如图所示。写出合成甲醇的热化学方程式              。

（2）实验室在lL密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H₂通入容器中，分别恒温在300 ℃和500 ℃反应，每隔一定时间测得容器中甲醇的浓度如下：(表中数据单位：mol•L^—l)

温度＼时间	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300 ℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500 ℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

①300 ℃时反应开始10分钟内，H₂的平均反应速率为            ；

②500 ℃时平衡常数K的数值为                  ；

③300 ℃时，将容器的容积压缩到原来的1/2，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是     (选填编号)。

a.c(H₂)减小    

b.正反应速率加快，逆反应速率减慢

c.CH₃OH的物质的量增加   

d.重新平衡时减小

（3）下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

①甲中负极的电极反应式为                       ；

②乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为         ；

③反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要        mL5.0 mol•L^—lNaOH 溶液。

Answer

(10分)

（1）CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)H＝－(b-a)kJ/mol

（2）① 0.08 mol /(L•min) ② 25 ③ c、d

（3）① CH3OH－6e－＋8OH－ = CO32-＋6H2O ② 2. 24 L ③ 300

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知，反应物的能量比生成物的能量高，该反应是放热反应，在根据图中数据可得合成甲醇的热化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)H＝－(b-a)kJ/mol

（2）①根据化学反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，300 ℃时反应开始10分钟内，生成甲醇0.40mol/L，则消耗氢气0.80mol/L，H2的平均反应速率为0.80/10= 0.08 mol /(L•min);

②根据CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)

起始 1 2 0

变化 0.80 1.6 0.80

平衡 0.20 0.4 0.80 K=0.80÷（0.20×0.40×0.40）=25

③300 ℃时，将容器的容积压缩到原来的1/2。a.压缩容器的体积，各物质的浓度均增大，c(H2)增大，错误；b.正反应速率加快，逆反应速率也加快，错误；c.增大压强，平衡正向移动，CH3OH的物质的量增加，正确；d.平衡正向移动，氢气减少，甲醇增多，重新平衡时氢气和甲醇的浓度比减小，正确；选cd。

（3）①在甲醇燃料电池中，甲醇作负极，失电子，在KOH溶液中生成碳酸钾和水，甲中负极的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－ = CO32-＋6H2O；

②工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，电极反应为

A: 4OH－-4e－=O2↑+2H2O B: Cu2＋+2e－=Cu 2H＋+2e－=H2↑

4x x 0.1 0.2 2x x

4x=0.2+2x，解得x=0.1, 则乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为2. 24 L；

③反应结束后，阳极Cu-2e－=Cu2＋，阴极2Fe3＋+2e－=2Fe2＋

0.5 0.25 0.5 0.5 0.5

加入NaOH为（0.25mol×2＋0.5mol×2）÷ 5．0 mol/L=0.3L=300mL。

考点：考查热化学方程式的书写，化学反应速率及平衡常数的计算，甲醇燃料电池等知识。