Question

（15分）甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。

（1）工业上一般采用两种方法制备甲醇：

反应Ⅰ：CO（g） + 2H₂ （g） CH₃OH （g）  H₁

反应Ⅱ：CO₂（g） + 3H₂（g）CH₃OH （g）+H₂O（g）  H₂

①下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2．041	0．270	0．012

由表中数据判断H₁_______________0（填“>”、“=”或“<”）。

②某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L密闭容器中充分反应，4分钟后反应达到平衡，测得CO的物质的量为0．4mol，则CO的反应速率为______________，此时的压强是反应前压强的___________倍。

（2）反应Ⅱ的平衡常数表达式为____________________，为了加快反应Ⅱ的反应速率，并且提高H₂的转化率，采取的措施是_______________（填写正确选项的字母）。

a．增大CO₂的浓度           b．增大H₂的浓度

c．增大压强               d．加入催化剂

（3）工业上利用CO与水蒸气的反应，将有毒的CO转化为无毒的CO₂，书写有关热化学反应方程式_______。该反应在830K下进行时，初始浓度到达平衡的时间有如下的关系：

CO的初始浓度（mol/L）	2	4	1	3
H2的初始浓度（mol/L）	3	2	3	3
时间（min）	8	6	12	n

则n 为________min。

（4）近年来，科研人员新开发出一种甲醇和氧气以强碱溶液为电解质溶液的新型手机电池。该电池中甲醇发生反应的一极为______极、其电极反应式为_________________。

（5）用该电池作电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，每消耗0．2mol CH₃OH，阴极产生标况下气体的体积为        L。

Answer

（15分）

（1）①<（1分）； ② 0．2mol/（L·min） （1分）， 0．6（2分）；

（2）K= c（CH3OH ） ·c（H2O） / c（CO2） ·c3（H2） （1分）， a、c（1分）；

（3）CO（g）+ H2O（g）CO2（g）+H2（g） ∆H = ∆H 1 - ∆H 2（2分）、 4（2分）；

（4）负（1分）， CH3OH – 6e- + 8OH- = CO32- + 6H2O（2分）；

（5）13．44（2分）。

【解析】

试题分析：（1）①随着温度的升高，反应Ⅰ的化学平衡常数减小，则反应Ⅰ为放热反应，故H1 < 0。

②v（CO）=∆c（CO）/∆t=（2mol—0.4mol）÷2L÷4min=0．2mol/（L·min）；根据“三段式”可得：

CO（g） + 2H2 （g） CH3OH （g）

初始浓度（mol•L‾1） 1 3 0

转化浓度（mol•L‾1） 0.8 1.6 0.8

平衡浓度（mol•L‾1） 0.2 1.4 0.8

压强之比等于浓度之比，则此时的压强是反应前压强2.4÷4=0.6倍。

（2）根据反应II的化学方程式可得反应Ⅱ的平衡常数表达式为：K= c（CH3OH ） ·c（H2O） / c（CO2） ·c3（H2）；a、增大CO2的浓度，反应物浓度增大，反应Ⅱ的反应速率加快，平衡向右移动，H2的转化率增大，正确；b、增大H2的浓度，反应物浓度增大，反应Ⅱ的反应速率加快，但H2的转化率减小，错误；c、反应II正反应方向气体系数减小，所以增大压强，反应速率加快，平衡向右移动，H2的转化率增大，正确；d、加入催化剂只加快反应速率，平衡不移动，H2的转化率不变。

（3）CO与水蒸气的反应，将有毒的CO转化为无毒的CO2，同时生成H2，首先写出化学方程式并注明状态，CO（g）+ H2O（g）CO2（g）+H2（g），然后根据盖斯定律可得：∆H = ∆H 1 - ∆H 2，进而得出热化学方程式；对比H2的初始浓度都是3mol•L‾1，CO的初始浓度为2mol•L‾1，达到平衡时间为8min，CO的初始浓度为1mol•L‾1，达到平衡时间为12min，则CO的初始浓度为3mol•L‾1，达到平衡时间为4min。

（4）甲醇在反应中失去电子，则该电池中甲醇发生反应的一极为负极；强碱溶液做电解质溶液，甲醇失去电子生成CO32‾和H2O，故电极方程式为：CH3OH – 6e- + 8OH- = CO32- + 6H2O。

（5）甲醇反应的电极方程式为：CH3OH – 6e- + 8OH- = CO32- + 6H2O，用惰性电极电解饱和NaCl溶液，阴极电极方程式为：2H++2e‾=H2↑，根据电子守恒，消耗0．2mol CH3OH，生成的H2为：V（H2）=0.2mol×3×22.4L/mol=13．44L。

考点：本题考查化学反应速率、化学平衡、化学平衡常数、热化学方程式的书写、电化学原理。