Question

【題目】甲醇即是重要的化工原料，又是新型汽車動力燃料。已知甲醇常溫下為液態(tài)，其燃燒△H=-726.5KJ/mol。

（1）寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式： 。

（2）甲醇脫氫制取甲醛的原理為CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g)，某科研小組在1L密閉容器中充入1molCH3OH，對該反應(yīng)進(jìn)行了一系列的研究，得到甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線如圖所示，回答下列問題：

①由圖可知，該反應(yīng)的△H 0(填“>”、“<”、“=”)。

②下列選項(xiàng)中，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 。

A．v(CH3OH)=v(HCHO)

B．H2濃度不再變化

C．混合氣體平均相對分子質(zhì)量不再變化

D．混合氣體密度不變

③在t1K時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K ，此溫度下，從反應(yīng)開始到平衡所經(jīng)過的時間為10s，則v(HCHO)為 mol/(L·s)，向此容器中再通入1.1molCH3OH和1.1molH2，則平衡向 移動(填“向左”、“向右”、“不”)

④600K時，Y點(diǎn)甲醇的v(正) v(逆) (填“>”、“<”、“=”)，理由是 。

（3）某甲醇燃料電池(簡稱DMFC)，該電池由于結(jié)構(gòu)簡單，能量轉(zhuǎn)化率高，對環(huán)境無污染，可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注。DMFC工作原理如圖所示：

①負(fù)極的電極反應(yīng)式為 。

②若質(zhì)子交換膜左右兩側(cè)的溶液均為1L2mol/LH2SO4溶液，當(dāng)電池中有1mol電子轉(zhuǎn)移時，左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為 g(忽略氣體的溶解，假設(shè)反應(yīng)完全耗盡)

Answer 1

【答案】

（1）CH3OH(I)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(I) △H=-726.5kJ·mol-1

（2）①>；②bc；③8.1；0.09；向右；④<；Y點(diǎn)甲醇的轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)，反應(yīng)應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行；

（3）①CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；②12；

【解析】

試題分析： （1）根據(jù)題意，甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CH3OH(I)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(I) △H=-726.5kJ·mol-1，故答案為：CH3OH(I)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(I) △H=-726.5kJ·mol-1；

（2）①由圖可知，溫度越高，平衡時甲醇的轉(zhuǎn)化率越大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則△H＞0，故答案為：＞；

②a．沒有指明正、逆速率，若均為正反應(yīng)反應(yīng)速率，二者反應(yīng)速率始終相等，故a錯誤；b．隨反應(yīng)進(jìn)行氫氣的濃度增大，當(dāng)H2的濃度不再變化時，說明到達(dá)平衡，故b正確；c．混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行總物質(zhì)的量增大，故隨反應(yīng)進(jìn)行平均相對分子質(zhì)量減小，當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不再變化時，說明到達(dá)平衡，故c正確；d．混合氣體總質(zhì)量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明到達(dá)平衡，故d錯誤，故答案為：bc；

③由圖可知，T1K時甲醇的轉(zhuǎn)化率為0.9，則參加反應(yīng)甲醇的物質(zhì)的量為0.9mol，容器體積為1L，則甲醇的起始濃度為1mol/L，濃度變化量為0.9mol/L，則：

CH3OH(g) HCHO(g)+H2(g)

開始(mol)：1 0 0

轉(zhuǎn)化(mol)：0.9 0.9 0.9

平衡(mol)：0.1 0.9 0.9

故T1K時，平衡常數(shù)K===8.1，此溫度下，從反應(yīng)開始到平衡所經(jīng)過的時間為10s，則v(HCHO)==0.09mol/(L．s)，達(dá)到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH3OH和1.1molH2，此時的濃度商Qc==1.5＜K=8.1，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故答案為：8.1；0.09；正反應(yīng)方向；Qc==1.5＜K=8.1；

④由圖可知，Y點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率高于相同溫度下平衡點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動，則v(正)＜v(逆)，故答案為：＜；Y點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率高于相同溫度下平衡點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動；

（3） ①根據(jù)圖知，交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，根據(jù)氫離子移動方向知，通入a的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，負(fù)極上甲醇失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)式為 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O，故答案為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+；

②負(fù)極反應(yīng)式為 2CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+，正極反應(yīng)式為3O2+12e-+12H+=6H2O，當(dāng)電池中有12mol電子轉(zhuǎn)移時，負(fù)極生成的12mol電子移向正極，負(fù)極溶液質(zhì)量36g水，正極通入的3mol氧氣與負(fù)極轉(zhuǎn)移過來的12mol電子生成6mol水，質(zhì)量增加108g，左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為144g，因此當(dāng)電池中有1mol電子轉(zhuǎn)移時，左右兩側(cè)溶液的質(zhì)量之差為12g，故答案為：12。