Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有廣闊的開發(fā)和應用前景，可用Pt/Al2O3、Pd/C、 Rh/SiO2等作催化劑，采用如下反應來合成甲醇:2H2 (g)+CO(g)CH3OH(g)

(1)下表所列數(shù)據(jù)是各化學鍵的鍵能，該反應的ΔH=_______(用含字母的代數(shù)式表示)。

(2)某科研小組用Pd/C作催化劑，在450℃時，研究了n(H):n(CO)分別為2:1、3:1時CO轉(zhuǎn)化率的變化情況(如圖)，則圖中表示n(H2)：n(CO)=3:1的變化曲線為______(填“曲線a"或“曲線b”)。

(3)某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應，在2L的恒容密閉容器內(nèi)充入1 mol CO和2molH2，加入合適催化劑后在某溫度下開始反應，并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應開始到20min時，CO的平均反應速率為________,該溫度下的平衡常數(shù)K為_______.

(4)將CO和H2加入密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0。平衡時CO的體積分數(shù)(%)與溫度和壓強的關系如下圖所示(虛線框表示沒有測定該條件下的數(shù)據(jù))。

T1、T2、T3由大到小的關系是_________,判斷理由是____________

(5)美國的兩家公司合作開發(fā)了多孔硅甲醇直接燃料電池，其工作原理如圖

①石墨2為__________ (填“正“或“負“)極。

②石墨1極發(fā)生的電極反應式為________

Answer 1

【答案】（2a+b-3c-d-e）kJ·mol-1 曲線a 0.0125mol·L-1·min-1 4 T3>T2>T1 壓強越大，CO的體積分數(shù)越小，T1、T2、T3對應的CO的體積分數(shù)逐漸增大，該反應向左移動，則T3>T2>T1 正 CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+

【解析】

(1)反應熱ΔH=反應物的鍵能和生成物鍵能和；

(2)n(H2)：n(CO)越大，CO的轉(zhuǎn)化率越大；

(3)反應進行到20min時達到平衡，在恒溫恒容容器中壓強與氣體的物質(zhì)的量成正比，起始時總物質(zhì)的量為3mol，壓強為12.6MPa，平衡時壓強為8.4MPa，則平衡時總物質(zhì)的量為3mol=2mol，設反應中參加反應的CO的物質(zhì)的量為xmol，則：

2H2 (g)+CO(g)CH3OH(g)

起始物質(zhì)的量（mol） 2 1 0

變化物質(zhì)的量（mol） 2x x x

平衡物質(zhì)的量（mol） 2-2x 1-x x

故（2-2x）+（1-x ）+x=2，解得x=0.5，再根據(jù)速率公式和平衡常數(shù)表達式計算即可；

(4)圖示中壓強越大，CO的體積分數(shù)越小，且CO(g)+2H2(g) ≒CH3OH(g) ΔH<0溫度升高平衡逆向移動，CO的體積分數(shù)越大；

(5)由甲醇燃料電池工作原理可知，石墨2通入O2，發(fā)生還原反應生成H2O，而原電池的正極發(fā)生還原反應，則石墨1為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，甲醇被氧化生成CO2；

(1)已知反應熱ΔH=反應物的鍵能和-生成物鍵能和，則2H2 (g)+CO(g)CH3OH(g)的反應熱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的轉(zhuǎn)化率越大，故曲線a表示n(H2)：n(CO)=3：1的變化曲線；

(3)反應進行到20min時達到平衡，在恒溫恒容容器中壓強與氣體的物質(zhì)的量成正比，起始時總物質(zhì)的量為3mol，壓強為12.6MPa，平衡時壓強為8.4MPa，則平衡時總物質(zhì)的量為3mol=2mol，設反應中參加反應的CO的物質(zhì)的量為xmol，則：

2H2 (g)+CO(g)CH3OH(g)

起始物質(zhì)的量（mol） 2 1 0

變化物質(zhì)的量（mol） 2x x x

平衡物質(zhì)的量（mol） 2-2x 1-x x

故（2-2x）+（1-x ）+x=2，解得x=0.5，

則從反應開始到20min時，CO的平均反應速率為=0.0125mol·L-1·min-1；

該溫度下的平衡常數(shù)K===4；

(4)已知CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH<0，平衡時溫度升高平衡逆向移動，CO的體積分數(shù)增大，由圖示可知壓強越大，CO的體積分數(shù)越小，T1、T2、T3對應的CO的體積分數(shù)逐漸增大，該反應向左移動，則T3>T2>T1；

(5)①石墨2通入O2，發(fā)生還原反應生成H2O，而原電池的正極發(fā)生還原反應，則石墨2為正極；

②石墨1為燃料電池的負極，甲醇被氧化生成CO2，發(fā)生的電極反應式為CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+。