Question

【題目】開發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措，其中甲醇、甲烷是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。

(1)已知：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)

ΔH1＝－1 274.0 kJ/mol

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2＝－566.0 kJ/mol

③H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44 kJ/mol

甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為___________________________。

(2)生產(chǎn)甲醇的原料CO和H2可由反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH>0得到。

①一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖。則p1________p2(填“<”、“>”或“＝”)。A、B、C三點(diǎn)處對(duì)應(yīng)平衡常數(shù)(KA、KB、KC)的大小順序?yàn)開_______________。

②100 ℃時(shí)，將1 mol CH4和2 mol H2O通入容積為1 L的定容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________(填序號(hào))。

a．容器的壓強(qiáng)恒定

b．容器內(nèi)氣體密度恒定

c．3v正(CH4)＝v逆(H2)

d．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1 mol CH4同時(shí)生成0.3 mol H2

(3)甲醇燃料電池(簡(jiǎn)稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)化率高、對(duì)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，通入a氣體的電極是原電池的________極(填“正”或“負(fù)”)，其電極反應(yīng)式為______________________________。

Answer 1

【答案】(1)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－442 kJ/mol

(2)①< KA<KB<KC ②ac (3)負(fù) CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

【解析】(1)依據(jù)蓋斯定律，由(①－②＋4×③)÷2得：CH3OH(l) ＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－442 kJ/mol。(2)①由圖可知溫度相同，壓強(qiáng)為p1時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率高于壓強(qiáng)為p2時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率，該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，則p1<p2。該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡右移，平衡常數(shù)增大，故KA<KB<KC。②a項(xiàng)，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的反應(yīng)，容器的壓強(qiáng)恒定說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；b項(xiàng)，由于容器體積不變且反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，故容器內(nèi)氣體密度為一定值，b項(xiàng)不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；c項(xiàng)說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；d項(xiàng)描述的是同一反應(yīng)方向上CH4和H2的物質(zhì)的量的變化情況，任意時(shí)刻均成立，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。(3)根據(jù)H＋和電子的移動(dòng)方向知，通入a氣體的電極為負(fù)極、通入b的電極為正極，圖中交換膜是質(zhì)子交換膜，則電解質(zhì)溶液呈酸性，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。