Question

能源问题是现代社会发展的三大基本问题之一。

(1)焦炭可用于制取水煤气。实验测得1.2 g 碳与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了13.16 kJ热量。该反应的热化学方程式为_________________________；该反应在________条件下能自发进行（选“高温”、“低温”或“任意温度”）。

(2)甲醇（CH₃OH）广泛用作燃料电池的燃料，工业上可由CO和H₂来合成，化学方程式为CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）。如图是在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①T₁________T₂（填“>”、“<”或“=”）。T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁________（填“>”、“<”或“=”）K₂。

②若容器容积不变，下列措施不能增加CO转化率的是________（填字母）。

a.降低温度                      b.将CH₃OH(g)从体系中分离

c.使用合适的催化剂             d.充入He，使体系总压强增大

③生成甲醇的化学反应速率（v）与时间（t）的关系如图所示。则图中t₂时采取的措施可能是___________________ ；

t₃时采取的措施可能是 _________________。

④若在T₁℃时，往一密闭容器通入等物质的量CO和H₂测得容器内总压强1MPa，40min达平衡时测得容器内总压强为0.6MPa，计算生成甲醇的压强平衡常数K_P＝________（MPa）^-2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数）。

(3)甲醇（CH₃OH）燃料电池是以铂为电极，以KOH溶液为电解质溶液，在两极区分别加入CH₃OH和O₂即可产生电流。负极加入的物质是________；正极的电极反应为_______________________。

Answer

C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H =+131.6kJ·mol－1 高温 < > cd 加压 加入催化剂 66.7 CH3OH O2+4e-+2H2O =4OH—

【解析】

（1）1.2 g 碳为0.1mol，与水蒸气完全反应生成水煤气时，吸收了13.16 kJ热量，反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H =+131.6kJ·mol－1；该反应的正反应为吸热反应，且气体分子数增大的反应，自发进行△G=△H-T△S<0，该反应的△H>0，△S>0，所以高温条件下才自发进行；故答案为：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H =+131.6kJ·mol－1；高温；

（2）①温度越高，反应速率越快，由图可知T1K2；故答案为：< ；>；

②a. 降低温度，平衡正向移动，CO转化率增大；不选a；

b. 将CH3OH(g)从体系中分离，平衡正向移动，CO转化率增大；不选b；  

c. 催化剂对平衡无影响，不能增加CO转化率，选c；

d. 充入He，体系总压强增大，各组分的浓度不变，平衡不移动，选d；故答案为：cd；

③CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）△H<0，由图可知，t2时，改变外界环境，速率加快，平衡正向移动，所以加压；t3时，改变外界环境，速率加快，平衡不移动，所以加入催化剂；故答案为：加压；加入催化剂；

④设转化的一氧化碳的物质的量为xmol，则：

根据物质的量与压强成正比关系，得到： ，，x=0.4mol，则，（MPa）-2；故答案为：66.7；

（3）燃料电池中，燃料作负极，发生氧化反应，失去电子；氧气作正极，发生还原反应，得到电子，所以负极加入的物质为CH3OH，电解质溶液为碱，在碱性环境中，O2+4e-+2H2O =4OH-；故答案为：CH3OH；O2+4e-+2H2O =4OH-。