Question

工业上可通过煤的液化合成甲醇，主反应为：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（l）   △H=x。

（1）已知常温下CH₃OH、H₂和CO 的燃烧热分别为726.5kJ/mol、285.5 kJ/mol、283.0kJ/mol，则x=__。

（2）TK下，在容积为1.00L的某密闭容器中进行上述反应相关数据如图一。

①该化学反应0-10min的平均速率v（H₂）=___。

②10min时容器内CO的体积分数为___。

③对于气相反应，常用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度（cB）表示平衡常数（以K_P表示），其中，p_B=p_总×B的体积分数；若在TK下三种气体的平衡气体总压强为xMPa，则该反应K_p=__（计算表达式表示）。实验测得不同温度下的lnK（化学平衡常数K的自然对数）如图二，请分析lnK随T呈现上述变化趋势的原因是__。

（3）干燥的甲醇可用于制造燃料电池。

某高校提出用CH₃OH-O₂燃料电池作电源电解处理水泥厂产生的CO₂（以熔融碳酸盐为介质），产物为C和O₂。其阳极电极反应式为__。

Answer

-127.5kJ•mol-1 0.12mol/(L•min） 22.22% atm-2 该反应正反应为放热反应，当温度升高平衡逆向移动，平衡常数（Kp或lnKp）减小 2CO32--4e-═2CO2↑+O2↑

【解析】

(1)根据燃烧热的定义：在25℃、101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量。S转化为SO2，C转化为二氧化碳，H转化为液态水。分别写出CO、H2、CH3OH热化学方程式后，根据盖斯定律就可得出要求的热化学方程式及反应热；

(2)①图象分析可知，氢气在0-10min时减少了2mol-0.8mol=1.2mol，该化学反应0～10 min的平均速率v(H2)=；

②结合图象数据计算10 min时容器内CO的体积分数；

③CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l)△H=-127.5 kJ/mol，10min反应达到平衡状态，图象中10min时氢气物质的量为0.8mol，甲醇物质的量为0.6mol，一氧化碳物质的量为0.4mol，总物质的量为1.8mol，其中甲醇分压=atm=xatm，氢气分压=xatm=xatm，一氧化碳分压=xatm=xatm，若在TK 下平衡气体总压强为x atm，计算得到反应KP，结合反应特征、图象变化分析1nK 随T呈现上述变化趋势的原因；

(3)用CH3OH-O2燃料电池作电源电解处理水泥厂产生的CO2(以熔融碳酸盐为介质)，产物为C 和O2，其阳极电极反应式为碳酸根离子失电子发生氧化反应生成二氧化碳和氧气。

(1)CO燃烧的热化学方程式：CO(g)+O2(g)═CO2(g)△H=-283.0kJ•mol-1①，H2燃烧的热化学方程式：H2(g)+O2(g)═H2O(l)△H=-285.5kJ•mol-1②，CH3OH燃烧的热化学方程式：CH3OH(l)+O2(g)═CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.5kJ•mol-1③，将(②×2)+①-③可得：CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l)△H=-127.5 kJ/mol；

(2)①图象分析可知，氢气在0-10min时减少了2mol-0.8mol=1.2mol，该化学反应0～10min的平均速率=0.12 mol/L•min)；

②图象中10min时氢气物质的量为0.8mol，甲醇物质的量为0.6mol，一氧化碳物质的量为0.4mol，10min时容器内CO的体积分数为为物质的量分数=×100%=22.22%；

③CO(g)+2H2(g)═CH3OH(l)△H=-127.5 kJ/mol，10min反应达到平衡状态，图象中10min时氢气物质的量为0.8mol，甲醇物质的量为0.6mol，一氧化碳物质的量为0.4mol，总物质的量为1.8mol，其中甲醇分压=atm=xatm，氢气分压=xatm=xatm，一氧化碳分压=xatm=xatm，若在TK 下平衡气体总压强为x atm，则该反应KP= atm-2，实验测得不同温度下的lnK(化学平衡常数K 的自然对数)如图二，请分析1nK 随T呈现上述变化趋势的原因是：该反应正反应为放热反应，当温度升高平衡逆向移动，平衡常数(Kp或lnKp)减小；

(3)用CH3OH-O2燃料电池作电源电解处理水泥厂产生的CO2(以熔融碳酸盐为介质)，产物为C和O2．其阳极电极反应式为碳酸根离子失电子发生氧化反应生成二氧化碳和氧气，电极反应为：2CO32--4e-═2CO2↑+O2↑。