Question

一定条件下CO和H₂能够合成再生能源甲醇，发生的反应为：CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)△H

(1)已知：

化学键	H－H	C－O	C≡O	H－O	C－H
键能/kJ·mol^-1	436	326	1072	464	414

上述反应的△H＝______kJ·mol^-1

(2)一定条件下，将n(CO)：n(H₂)＝1：1的混合气体充入绝热恒容密闭容器中，下列事实可以说明上述反应已达到平衡的是________(填字母)

A.容器内气体密度保持不变               B.CO的体积分数保持不变

C.CO的消耗速率等于CH₃OH的消耗速率   D.反应的平衡常数保持不变

(3)为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1 mol CO和2.5molH₂，一定温度下发生反应CO(g)+2H₂(g)⇌CH₃OH(g)，测得CO和CH₃OH(g)的浓度时间变化如下图所示。则从反应开始到平衡CH₃OH的平均反应速率v(CH₃OH)＝________，H₂的转化率α(H₂)＝________。

(4)下图为绿色电源“甲醇燃料电池”的工作原理示意图，Pt(a)电极的反应式为________，若该燃料电池工作时电路中通过6mol电子，则消耗的O₂有____mol，工作一段时间后，电解质溶液的pH将____(填“增大”、“减小”或“不变”)。

Answer

-88 BCD 0.075mol·L-1·min-1 60% CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+ 1.5 增大

【解析】

根据△H=反应物总键能之和-生成物总键能之和计算反应热；根据化学平衡的本质特征及相关量的变与不变判断平衡状态；根据题中图示信息，结合反应速率概念和化学平衡“三段式”计算反应速率和转化率；根据题中图示信息，判断元素化合价的变化，由得失电子判断燃烧电池的正负极，写出电极反应，由总反应化学方程式判断工作一段时间后，电解质溶液的pH变化，据此解答。

（1）由CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)反应可知， △H=反应物总键能之和-生成物总键能之和= (1072kJ/mol+2×436kJ/mol)-(3×414kJ/mol+326kJ/mol+464kJ/mol)=1944kJ/mol-2032kJ/mol=-88kJ•mol-1；答案为-88。

（2）A．绝热恒容密闭容器中，m(混合气体)和V恒不变，由ρ(混合气体)=知，密闭容器中比值恒不变，即ρ(混合气体)不变，不能判断达到平衡状态，故A错误；

B．由CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)可知，CO的体积分数保持不变时，即反应体系中CO的百分含量保持不变，可以判断达到平衡状态，故B正确；

C．CO的消耗速率=CH3OH的消耗速率，说明CH3OH的生成速率与消耗速率相等，可以判断反应到达平衡状态，故C正确；

D．平衡常数只与温度有关，在绝热恒容的容器中，随反应进行温度发生变化，平衡常数也随之发生变化，当反应的平衡常数不再变化时说明温度不再变化，可以判断反应达到平衡状态，故D正确；
答案为BCD。

（3）由题中图示信息可知，，则从反应开始到平衡CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)＝= =0.075mol·L-1·min-1，H2的转化率α(H2)= ×100%= ×100%=60%；答案为0.075mol·L-1·min-1，60%。

（4）由题中图示可知，通入CH3OH的Pt(a)电极，碳元素的化合价由-2价失电子升高到+4价，发生氧化反应，为负极，Pt(a)电极反应为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+，通入空气的电极是正极，正极上是O2得电子发生还原反应，Pt(b)电极反应为O2+4H++4e-═2H2O，若该燃料电池工作时电路中通过6mol电子，则消耗O2的物质的量为mol=1.5mol，该电池总反应式为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，生成水稀释原酸性溶液，所以pH增大；答案为CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+，1.5，增大。