Question

【題目】CO、H2、CH3、OH均是清潔能源。

(1)已知部分化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	CO	O=O	C=O	C-O
E/(kJ mol-1)	958.5	497	745	351

2CO(g) +O2(g)==2CO2(g) △H1

H2O(g)+CO(g)==H2(g) + CO2(g) △H2 = -41 kJmol-1

CH3OH(g)+ 3/2O2(g)==CO2(g)+2H2O(g) △H3 = -660kJmol-1

則△H1=_____ kJmol-1，反應(yīng)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的△H=_____ kJmol-1。

(2)一定條件下，在容積為2 L的密閉容器Q中充人a mol CO與6 molH2合成甲醇：CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)。測(cè)得平衡時(shí)混合氣體中CH3OH的體積百分含量與溫度、 壓強(qiáng)之間的關(guān)系如圖1所示，圖2表示在一定溫度下，H2的平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)開(kāi)始時(shí)兩種反應(yīng)物的投料物質(zhì)的量之比（用X表示）、壓強(qiáng)之間的關(guān)系。

①壓強(qiáng)相同時(shí)，溫度為T1、T2時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間分別為t1、t2，則二者之間的相對(duì)大小為t1___ t2(填“>”、“<”、“=”或“無(wú)法確定”)。

②X=___________(用含a、b的式子表示)，p1_____p2(填“>”、“<”、“=”或“無(wú)法確定”)。

③若a =2，b=4，則壓強(qiáng)為p1、溫度為了T1時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______________。

④若在壓強(qiáng)為P1、溫度為T1時(shí)，向Q容器中同時(shí)加入等物質(zhì)的量的CO、H2、CH3OH三種氣體，則反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，v(CH3OH)正_____v(CH3OH)逆(填“>”、“<”、“=”或“無(wú)法確定”)。

(3)甲醇燃料電池是一種具有高能量轉(zhuǎn)化率的綠色電池，則用磷酸溶液作電解質(zhì)時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式為________________________。

Answer 1

【答案】 -566 -107 > > 4. 5 無(wú)法確定 CH3OH+H2O-6e-==CO2↑+6H+

【解析】（1）根據(jù)化學(xué)方程式及化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)，△H1=2×958.5+497-2×745×2=-566 kJmol-1；根據(jù)蓋斯定律，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的△H=△H1×-△H2×2-△H3=（-566×+41×2+660）kJmol-1=-107 kJmol-1。

（2）因?yàn)?/span>CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=-107 kJmol-1<0，所以溫度越高，平衡時(shí)CH3OH的含量越低，所以圖1中T2>T1，故①壓強(qiáng)相同時(shí)，溫度為T1、T2時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時(shí)間分別為t1、t2，則二者之間的相對(duì)大小為t1>t2。②已知a mol CO與b molH2合成甲醇，故投料物質(zhì)的量之比（用X表示）為： ；由圖2知，投料比相同時(shí)，壓強(qiáng)為P1的反應(yīng)氫氣平衡轉(zhuǎn)化率高，又因?yàn)樵摲磻?yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，故P1>P2。③若a=2，b=4，則壓強(qiáng)為P1、溫度為了T1時(shí)，列三段式：

由圖1，此條件下平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為40%，所以： =0.4，解得x=，所以平衡時(shí)n（CO）=mol，n（H2）=mol，又因?yàn)槿莘e為2L，所以CO、H2、CH3OH的平衡濃度分別為： molL-1、molL-1、 molL-1，故K= =4.5。

④若在壓強(qiáng)為P1、溫度為T1時(shí)，向Q容器中同時(shí)加入等物質(zhì)的量的CO、H2、CH3OH三種氣體（設(shè)為y），此時(shí)濃度商==÷[×()2]= ，與K無(wú)法比較大小，不確定平衡向哪個(gè)方向移動(dòng)，故無(wú)法確定ν(CH3OH)正與ν(CH3OH)逆的大小。

（3）酸性條件下甲醇燃料電池的總反應(yīng)式為：CH3OH+O2=CO2+2H2O①，酸性條件下該燃料電池的正極反應(yīng)式為： O2+6H++6e-=3H2O②，①-②得電池負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+。