Question

（9分）研究和开发CO₂和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题。

（1）CO可用于合成甲醇。在体积可变的密闭容器中充入4molCO和8molH₂，在催化剂作用下合成甲醇：

CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）(Ⅰ)，平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示：

①该反应正向属于________反应；（填“吸热”或放热”）。

②在0.1Mpa 、100℃的条件下，该反应达到平衡时CH₃OH体积分数为             。

③在温度和容积不变的情况下，向平衡体系中再充入4molCO，8molH₂，达到平衡时CO转化率_______（填“增大”，“不变”或“减小”）， 平衡常数K_______（填“增大”，“不变”或“减小”）。

（2）在反应(Ⅰ)中需要用到H₂做反应物，以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。已知：

CH₄（g）+ H₂O（g）= CO（g）+3H₂（g）    △H=+206.2 kJ·mol^-1

CH₄（g）+ CO₂（g）= 2CO（g）+2H₂（g）     △H=+247.4 kJ·mol^-1

则CO和H₂O（g）反应生成CO₂和H₂的热化学方程式为：                          。

（3）CO还可以与氧气组成碱性燃料电池，电解质溶液是20％～30％的KOH溶液。则该燃料电池放电时，负极的电极反应式为_______________________________。

Answer

（9分）（1）①放热 ②25% （或1/4） （2分） ③增大 不变

（2）CO（g）+ H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41.2 kJ·mol-1（ 2分）

（3）CO - 2e- + 4OH- = CO32- + 2H2O （ 2分）

【解析】

试题分析：（1）①由图可知，压强一定时，随温度升高，CO的转化率降低，故升高温度平衡向逆反应移动，则正反应为放热反应；

②100℃，平衡时CO的转化率为0.5，所以参加反应的CO的物质的量为2mol．

CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）；

开始（mol）： 4 8 0

变化（mol）： 2 4 2

平衡（mol）： 2 4 2

平衡时CH3OH体积分数等于物质的量分数==25%

③在温度和容积不变的情况下，再向平衡体系中充入amolCO（g）、2amolH2（g），等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，平衡向正反应移动，CO的转化率增大，化学平衡常数只受温度影响，与浓度无关，温度不变，平衡常数不变；

（2）①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.2kJ•mol-1

②CH4（g）+CO2（g）=2CO（g）+2H2（g）△H=+247.4kJ•mol-1

依据盖斯定律计算，①—②得：CO（g）+ H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41.2 kJ·mol-1；

（3）该燃料电池放电时是原电池，负极上是CO失电子发生氧化还原反应生成碳酸盐，反应的电极反应式为：CO - 2e- + 4OH- = CO32- + 2H2O

考点：考查了化学平衡、燃料电池、盖斯定律等相关知识。