Question

甲醇是重要的化工原料。在催化剂的作用下，利用合成气(主要成分为CO、CO₂和H₂)合成甲醇的主要化学反应如下：

Ⅰ．CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)　ΔH₁

Ⅱ．CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)　ΔH₂=−58 kJ·mol⁻¹

Ⅲ．CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)　ΔH₃

请回答下列问题：

（1）化学反应热ΔH=生成物标准生成热总和−反应物标准生成热总和。已知四种物质的标准生成热如下表：

物质	CO(g)	CO2(g)	H2(g)	CH3OH(g)
标准生成热(kJ·mol^−^1)	−110.52	−393.51	0	−201.25

①计算ΔH₁=________ kJ·mol⁻¹ 。

②ΔH₃________ 0 (填“=”“＞”或“＜”)。

（2）当合成气的组成比n(H₂) /n(CO+CO₂)=2.60时，体系中CO的平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示：

①α(CO)随温度升高而________(填“增大”或“减小”)。

②图中p₁、p₂、p₃的大小关系为________，判断的理由是___________________________________________________________________________。

（3）在一定条件下由甲醇可以制备甲醚。一定温度下，在三个体积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应：2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)，实验数据见下表：

编号	温度/℃	起始物质的量/mol	平衡物质的量/mol
CH3OH(g)	CH3OCH3(g)	H2O(g)	CH3OCH3(g)	H2O(g)
a	387	0.2	0	0	0.08	0.08
b	387	0.4	0	0
c	207	0.2	0	0	0.09	0.09

下列说法正确的是________。

A．该反应的正反应是放热反应

B．平衡时容器a中CH₃OH的体积分数比容器b中的小

C．若a是容积为1 L的绝热容器，则平衡时a中CH₃OH的转化率增大

D．若起始时向容器a中充入0.15molCH₃OH(g)、0.15molCH₃OCH₃(g)和0.1molH₂O(g)，则反应向正反应方向进行

（4）直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）属于质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示：

①c处通入的气体是________。

②负极的电极反应式是__________________________________________。

Answer

−90.73 ＞ 减小 p1＜p2＜p3 相同温度下，反应Ⅲ是气体分子数不变的反应，改变压强平衡不移动。反应Ⅰ的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大。 AD O2 CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+

【解析】（1）①ΔH1=生成物标准生成热总和−反应物标准生成热总和=[−201.25-（−110.52）]kJ·mol−1 =−90.73kJ·mol−1 ；②ΔH3=ΔH2-ΔH1=[−58 kJ·mol−1-（ −90.73 kJ·mol−1）]=+32.73kJ·mol−1>0；（2）①图中等压线，α(CO)随温度升高而减小，②作等温曲线， p1＜p2＜p3 ，相同温度下，反应Ⅲ是气体分子数不变的反应，改变压强平衡不移动。反应Ⅰ的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大。（3）下列说法A、比较a和c，温度升高，水减少，平衡逆向移动，该反应的正反应是放热反应，故A正确；B．比较a和c，温度升高，水减少，平衡逆向移动，平衡时容器a中CH3OH的体积分数比容器b中的大，故B错误；C．若a是容积为1 L的绝热容器，反应放热，温度升高，平衡逆向移动，则平衡时a中CH3OH的转化率减小，故C错误；D．若起始时向容器a中充入0.15molCH3OH(g)、0.15molCH3OCH3(g)和0.1molH2O(g)，原平衡常数为 ，现反应的Qc= ，则反应向正反应方向进行，故D正确，故选AD。（4）根据H＋ 的移动方向，C为正极区，氧化剂得电子，故C通入O2，负极的电极反应为CH3OH+H2O－6e－=CO2+6H+。