Question

【題目】甲醇（CH3OH）是一種重要的化工原料，既可用于化工生產(chǎn)，也可直接用做燃料。

（1）工業(yè)上可用CO2和H2反應(yīng)制得甲醇。在2×105Pa、300℃的條件下，CO2和H2反應(yīng)生成甲醇和水，當(dāng)消耗2molCO2時放出98kJ的熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為___________。

（2）甲醇也可由CO與H2反應(yīng)制得。在一定溫度下，初始容積相同的兩個容器中（如圖），發(fā)生反應(yīng)： CO(g)+2H2(g)＝CH30H(g)。

① 能表明甲和乙容器中反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是________（填字母代號）。

A.混合氣體的密度保持不變 B．混合氣體的總壓強(qiáng)保持不變

C.CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變 D. CO 與H2的轉(zhuǎn)化率之比為3 : 2

E.v(CO)=v(CH30H)

②兩容器中反應(yīng)達(dá)到平衡時，Co的轉(zhuǎn)化率α甲______α乙（填“>”、“< ”或“=”）

（3）組成n(H2)/n(CO+CO2)=2.60時，體系中CO 的平衡轉(zhuǎn)化率(α)動與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。圖中的壓強(qiáng)由大到小依次為_______，其判斷理由是______________。

（4）甲醇燃料電池（簡稱DMFC）可作為常規(guī)能源的替代品而備受關(guān)注。DMFC的工作原理如圖所示：

① 加入a 物質(zhì)的電極是電池的______（填“正”或“負(fù)”）極，其電極反應(yīng)式為________.

② 常溫下以該裝置作電源，用惰性電極電解NaCl和CuSO4的混合溶液，當(dāng)電路中通過0.4mol電子的電量時，兩電極均得到0.14mol的氣體。若電解后溶液體積為4OL，則電解后溶液的pH 為________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH=－49 kJ/mol C ＞ P3＞P2＞P1 該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，在相同溫度下，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率 負(fù) CH3OH＋H2O CO2＋6H+ 11

【解析】本題分析：本題主要考查化學(xué)平衡。

（1）在2×105Pa、300℃的條件下，CO2和H2反應(yīng)生成甲醇和水，當(dāng)消耗2molCO2時放出98kJ的熱量，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH=－49 kJ/mol。

（2）① A.乙中混合氣體的密度始終保持不變；B.甲中混合氣體的總壓強(qiáng)始終保持不變；C.CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著反應(yīng)進(jìn)行而變化，當(dāng)保持不變時說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；D. CO 與H2的轉(zhuǎn)化率之比與平衡狀態(tài)之間沒有一定關(guān)系；E.都是正反應(yīng)速率，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。故選C。

②該反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減少，甲相當(dāng)于乙加壓而成，加壓平衡右移，兩容器中反應(yīng)達(dá)到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率α甲>α乙。

（3） 圖中的壓強(qiáng)由大到小依次為P3＞P2＞P1，其判斷理由是該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，在相同溫度下，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率。

（4）① 從電子移動方向可知，加入a 物質(zhì)的電極是電池的負(fù)極，其電極反應(yīng)式為CH3OH＋H2O-6e-=CO2＋6H+。

② 陰極首先生成銅，之后生成氫氣和氫氧化鈉 ，產(chǎn)生0.14mol氫氣同時產(chǎn)生0.28molOH-。陽極產(chǎn)生氯氣、氧氣和硫酸，根據(jù)題意可得n(Cl2)+ n(O2)=0.14mol和2n(Cl2)+ 4n(O2)=0.40mol，解得 n(O2)=0.06mol，同時生成0.24molH+。電解后剩余0.04molOH-，溶液體積為4OL，則c(OH-)=1×10-3mol/L， c(H＋)= =-mol/L =1×10-11mol/L，溶液的pH=11.