Question

甲醇是一种可再生能源，具有广阔的开发和应用前景，可用Pt/Al₂O₃、Pd/C、 Rh/SiO₂等作催化剂，采用如下反应来合成甲醇:2H₂ (g)+CO(g)⇌CH₃OH(g)

(1)下表所列数据是各化学键的键能，该反应的ΔH=_______(用含字母的代数式表示)。

(2)某科研小组用Pd/C作催化剂，在450℃时，研究了n(H):n(CO)分别为2:1、3:1时CO转化率的变化情况(如图)，则图中表示n(H₂)：n(CO)=3:1的变化曲线为______(填“曲线a"或“曲线b”)。

(3)某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在2L的恒容密闭容器内充入1 mol CO和2molH₂，加入合适催化剂后在某温度下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25
压强/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

则从反应开始到20min时，CO的平均反应速率为________,该温度下的平衡常数K为_______.

(4)将CO和H₂加入密闭容器中，在一定条件下发生反应：CO(g)+2H₂(g) ⇌CH₃OH(g) ΔH<0。平衡时CO的体积分数(%)与温度和压强的关系如下图所示(虚线框表示没有测定该条件下的数据)。

T₁、T₂、T₃由大到小的关系是_________,判断理由是____________

(5)美国的两家公司合作开发了多孔硅甲醇直接燃料电池，其工作原理如图

①石墨2为__________ (填“正“或“负“)极。

②石墨1极发生的电极反应式为________

Answer

（2a+b-3c-d-e）kJ·mol-1 曲线a 0.0125mol·L-1·min-1 4 T3>T2>T1 压强越大，CO的体积分数越小，T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大，该反应向左移动，则T3>T2>T1 正 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+

【解析】

(1)反应热ΔH=反应物的键能和生成物键能和；

(2)n(H2)：n(CO)越大，CO的转化率越大；

(3)反应进行到20min时达到平衡，在恒温恒容容器中压强与气体的物质的量成正比，起始时总物质的量为3mol，压强为12.6MPa，平衡时压强为8.4MPa，则平衡时总物质的量为3mol=2mol，设反应中参加反应的CO的物质的量为xmol，则：

2H2 (g)+CO(g)⇌CH3OH(g)

起始物质的量（mol） 2 1 0

变化物质的量（mol） 2x x x

平衡物质的量（mol） 2-2x 1-x x

故（2-2x）+（1-x ）+x=2，解得x=0.5，再根据速率公式和平衡常数表达式计算即可；

(4)图示中压强越大，CO的体积分数越小，且CO(g)+2H2(g) ≒CH3OH(g) ΔH<0温度升高平衡逆向移动，CO的体积分数越大；

(5)由甲醇燃料电池工作原理可知，石墨2通入O2，发生还原反应生成H2O，而原电池的正极发生还原反应，则石墨1为原电池的负极，发生氧化反应，甲醇被氧化生成CO2；

(1)已知反应热ΔH=反应物的键能和-生成物键能和，则2H2 (g)+CO(g)⇌CH3OH(g)的反应热ΔH=（2a+b）kJ/mol-(3c+d+e)kJ/mol=（2a+b-3c-d-e）kJ·mol-1；

(2)n(H2)：n(CO)越大，CO的转化率越大，故曲线a表示n(H2)：n(CO)=3：1的变化曲线；

(3)反应进行到20min时达到平衡，在恒温恒容容器中压强与气体的物质的量成正比，起始时总物质的量为3mol，压强为12.6MPa，平衡时压强为8.4MPa，则平衡时总物质的量为3mol=2mol，设反应中参加反应的CO的物质的量为xmol，则：

2H2 (g)+CO(g)⇌CH3OH(g)

起始物质的量（mol） 2 1 0

变化物质的量（mol） 2x x x

平衡物质的量（mol） 2-2x 1-x x

故（2-2x）+（1-x ）+x=2，解得x=0.5，

则从反应开始到20min时，CO的平均反应速率为=0.0125mol·L-1·min-1；

该温度下的平衡常数K===4；

(4)已知CO(g)+2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH<0，平衡时温度升高平衡逆向移动，CO的体积分数增大，由图示可知压强越大，CO的体积分数越小，T1、T2、T3对应的CO的体积分数逐渐增大，该反应向左移动，则T3>T2>T1；

(5)①石墨2通入O2，发生还原反应生成H2O，而原电池的正极发生还原反应，则石墨2为正极；

②石墨1为燃料电池的负极，甲醇被氧化生成CO2，发生的电极反应式为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+。