Question

人类活动产生的CO₂长期积累，威胁到生态环境，其减排问题受到全世界关注。CO₂和H₂在一定条件下反应生成甲醇（CH₃OH）等产生，工业上利用该反应合成甲醇。

已知：25℃，101kPa下：H₂（g）+ 1/2O₂（g）═H₂O（g）△H₁=-242kJ/mol

CH₃OH（g）+ 3/2O₂（g）═CO₂ （g）+2H₂O（g）△H₂=-676kJ/mol

（1）写出CO₂和H₂生成气态甲醇等产物的热化学方程式______________________；

（2）微生物燃料电池是一种利用微生物将化学能直接转化成电能的装置。已知某种甲醇微生物燃料电池中，电解质溶液为酸性，示意图如下图所示：

①电池外电路电子的流动方向为__________________（填写“从A到B”或“从B到A”）。

②工作结束后，B电极室溶液的酸性与工作前相比将_________（填写“增大”、“减小”或“不变”，溶液体积变化忽略不计）。

③A电极附近甲醇发生的电极反应式为______________ ；

（3）已知反应2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(二甲醚)(g)+H₂O(g)，温度T₁时平衡常数为400，此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol•L^-1）	0.44	0.6	0.6

①比较此时正、逆反应速率的大小：V_正_________ V_逆（填“＞”“＜”或“=”）。

②若加入CH₃OH后，经10min反应达到平衡，此时C（CH₃OH）= ______；该时间内反应速率V（CH₃OH）=_____。

（4）一定条件下CO和H₂也可以制备二甲醚，将amolCO与3amolH₂充入一固定体积的密闭容器中，发生反应3CO(g)+3H₂(g)CH₃OCH₃(二甲醚) (g)+CO₂(g) △H<0，要提高CO的转化率，可以采取的措施是_______（填字母代号）

a．分离出二甲醚   b．加入催化剂  c．充入He，使体系压强增大  d．增加CO的浓度

e．再充入1molCO和3molH₂

Answer

(16分) (每空2分)

(1) CO2(g) + 3H2(g) ＝CH3OH(g) + H2O(g) △H = -50 kJ/mol

(2) ①从A到B ②不变

③CH3OH + H2O - 6e- ＝ 6H++ CO2↑

(3) ①> ②0.04 mol·L-1 0.16 mol·L-1·min-1 (4) a e

【解析】

试题分析：（1）H2（g）+1/2O2（g）═H2O（g）△H1=-242kJ/mol①CH3OH（g）+3/2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H2=-676kJ/mol②将方程式3①-②得CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=3×（-242kJ/mol）-（-676kJ/mol）=-50 kJ/mol；（2）①甲醇在负极失电子发生氧化反应，A为负极，氧气在正极得到电子发生还原反应，B为正极，电子从负极经外电路流向正极．即电子由A极经外电路流向B极；②B电极反应是氧气得到电子生成氢氧根离子在酸性溶液中生成水，氢离子通过交换膜移向正极，氢离子物质的量不变，溶液体积变化忽略不计，溶液中氢离子浓度不变，故溶液pH不变；③A电极是原电池负极，甲醇失电子发生氧化反应，在酸溶液中生成二氧化碳，由电荷守恒可知有H+生成，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-═6H++CO2↑；（3）①该反应的平衡常数表达式为K= ，将所给浓度带入平衡常数表达式 =1.86＜400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率；

② 2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）

某时刻浓度（mol•L-1）：0.44 0.6 0.6

转化浓度（mol•L-1）：2x x x

平衡浓度（mol•L-1）：0.44-2x 0.6+x 0.6+x

K= ，解得x=0.2mol/L，故平衡时c（CH3OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，起始时在密闭容器中加入CH3OH，则起始时甲醇的浓度为0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，平衡时c（CH3OH）=0.04mol/L，则10min转化甲醇1.64moL/L-0.04moL/L=1.6mol/L，所以甲醇的反应速率为v（CH3OH）= =0.16 mol/（L•min）；（4）a．分离出二甲醚，可促进平衡正向移动，CO的转化率增大，故a正确；b．加入催化剂不影响平衡的移动，CO的转化率不变，故b错误；c．充入He，使体系压强增大，但体积不变，深度不变，平衡不移动，转化率不变，故c错误；d．增加CO的浓度，H2的转化率，CO的转化率降低，故d错误；e．再充入1molCO和3molH2，此时平衡正向移动，CO的转化率增大，故e正确，答案为ae。

【考点定位】查热化学方程式的书写、化学平衡的移动及平衡状态判断、原电池理论等。

【名师点晴】影响反应速率的外界因素主要有温度、浓度、压强及催化剂，其中温度、浓度及压强的改变影响平衡状态，而催化剂只改变反应速率不改变平衡的移动，特别注意的是压强的改变必须引进体积的变化，从而影响浓度，才能影响反应速率及平衡的移动。本题（4）易错点，特别是催化剂改变反应速率，但不改变平衡的移动。