Question

【題目】甲醇既是重要的化工原料，又是電動(dòng)公交車的清潔能源，利用水煤氣在一定條件下含成甲醇，發(fā)生的反應(yīng)為：CO (g) +2H2(g)CH3OH(l) △H=?

（1）己知CO、H2、CH3OH的燃燒熱分別為283.0kJ/mol，285.8kJ/mol，726.5kJ/mol 則△H=______。

（2）在一容積為2L的恒容密閉容器中加入0.2mol CO和0.4mol H2，發(fā)生如下反應(yīng)：CO (g) +2H2(g)CH3OH(g)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得T1℃和T2℃下，甲醇的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如下表所示，下列說法正確的是

①由上述數(shù)據(jù)可以判斷：T1℃_____T2℃

②T1℃時(shí)，0～20minH2的平均反應(yīng)速率v(H2)=_________。

③該反應(yīng)T1℃達(dá)到平衡后，為同時(shí)提高反應(yīng)速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是_____(選填編號(hào)）。

A.改用高效催化劑 B.升高溫度 C.縮小容器體積 D.分離出甲醇 E.增加CO的濃度

（3）若保持T1℃不變，起始時(shí)加入CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量分別為amol、bmol、cmol，達(dá)到平衡時(shí)，仍與原平衡等效，則a、b、c應(yīng)該滿足的條件___________。

（4）當(dāng)反應(yīng)在T1℃達(dá)到20min時(shí)，控制體積不變，迅速將0.02molCO，0.04molH2，0.18molCH3OH同時(shí)投入體系中，后在恒壓條件下，反應(yīng)在40min時(shí)達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)?/span>圖中畫出2040min內(nèi)容器中 H2濃度的變化趨勢(shì)曲線：___________

（5）在以CH3OH(l)為燃料的燃料電池中，電解質(zhì)溶液為酸性，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為__________；理想狀態(tài)下，該燃料電池消耗2mol甲醇所能產(chǎn)生的最大電能為1162.4kJ，則該燃料電池的理論效率為______。（燃料電池的理論效率是指電池所產(chǎn)生的最大電能與燃料電池反應(yīng)所能釋放的全部能量之比）

Answer 1

【答案】 -128.1kJ/mol < 0.006mol/(L·min) C、E a+c=0.2，b+c/2=0.4 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 80%

【解析】本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算和影響因素，等效平衡以及影響平衡的因素，化學(xué)圖像和燃料電池等知識(shí)，利用基礎(chǔ)知識(shí)解答。

（1）因?yàn)?/span>CO、H2、CH3OH的燃燒熱分別為283.0kJ/mol，285.8kJ/mol，726.5kJ/mol，所以①CO(g)+ O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol、②H2(g)+ O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol、③CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.5kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，①+2×②-③得CO (g) +2H2(g) CH3OH(l)的△H=-283.0kJ/mol-285.8kJ/mol×2+726.5kJ/mol=-128.1kJ/mol。

（2）①根據(jù)上述分析，CO和氫氣反應(yīng)生成甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，達(dá)平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量減少，再根據(jù)表格提供的數(shù)據(jù)可判斷，T1℃<T2℃；②T1℃時(shí)，0～20min時(shí)生成甲醇0.120mol，則反應(yīng)掉氫氣0.240mol，所以H2的平均反應(yīng)速率v(H2)=0.240mol÷(2L×20min)=0.006mol/(L·min)；③A.改用高效催化劑只能加快反應(yīng)速率，不能改變平衡，故A錯(cuò)誤；B.升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇的生成量減少，故B錯(cuò)誤；C.縮小容器體積 ，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)速率加快且甲醇的生成量增加，故C正確；D.分離出甲醇導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率減慢，故D錯(cuò)誤； E.增加CO的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)速率加快且甲醇的生成量增加，故E正確；故選CE。

（3）在一容積為2L的恒容密閉容器中，原平衡起始加入0.2mol CO和0.4mol H2，根據(jù)等效平衡理論，將生成物全部轉(zhuǎn)移到左邊，使得左邊反應(yīng)物CO為0.2mol，氫氣為0.4mol，就能得到等效平衡，所以保持T1℃不變，起始時(shí)加入CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量分別為amol、bmol、cmol，達(dá)到平衡時(shí)，仍與原平衡等效，a、b、c滿足的條件為a+c=0.2，b+c/2=0.4。

（4）根據(jù)題給數(shù)據(jù)，20min時(shí)氫氣的濃度為0.5mol/L，起始加入0.2mol CO和0.4mol H2，20min時(shí)再加入0.02molCO，0.04molH2，0.18molCH3OH，相當(dāng)于加入0.2molCO和0.4mol氫氣，在恒壓條件下，反應(yīng)在40min時(shí)達(dá)到平衡，與原平衡是等效平衡，平衡時(shí)氫氣的濃度為0.02mol/L，所以2040min內(nèi)容器中 H2濃度的變化趨勢(shì)曲線為。

（5）酸性條件下甲醇燃料電池的總反應(yīng)式為：CH3OH+O2═CO2+2H2①，酸性條件下該燃料電池的正極反應(yīng)式為O2+6H++6e-═3H2②，①-②得電池負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ ；該燃料電池的理論效率為1162.4÷（726.5×2）×100%=80%。