Question

溫室氣體二氧化碳減排的一種方法是：從燃煤電廠或天然氣電廠排放氣中回收CO₂，再與CH₄熱解爐產生的H₂反應生成CH₃OH．
CO₂（g）+3H₂（g）

一定條件

CH₃OH（g）+H₂O（g）
（1）500℃時，在體積為1L的容積固定的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

 

mol?L^-1?min^-1．
②該反應的平衡常數(shù)K=

 

（保留一位小數(shù)），平衡時H₂的轉化率為

 

．
③已知溫度升高，K值減小．下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

．
A．升高溫度          B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離  D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
（2）CH₃OH作為內燃機燃料或通過燃料電池驅動車輛．可減少CO₂排放多達45%．
①已知：
CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ?mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
則反應CH₃OH（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
②甲醇質子交換膜燃料電池的結構示意圖如圖2，已知H⁺移向通入O₂的電極，甲醇進入

 

極（填“正”或“負”），正極發(fā)生的電極反應為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），再根據(jù)速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）；
②依據(jù)圖象和平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數(shù)概念計算得到，轉化率=

消耗量

起始量

×100%；
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能只增大二氧化碳或降低甲醇的量；
（2）①依據(jù)熱化學方程式恒容蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
②甲醇燃料電池中，甲醇為負極，電解質為酸，正極氫氣得到電子生成水；

解答： 解：（1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，故v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L．min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.075mol/（L．min）×3=0.225mol/（L．mon），
故答案為：0.225；
②CO₂（g）+3H₂（g）

一定條件

CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）     1       3               0          0
變化量（mol/L）    0.75    2.25             0.75        0.75
平衡量（mol/L）    0.25    0.75             0.75        0.75
K=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.3
平衡時H₂的轉化率=

2.25mol/L

3mol/L

×100%=75%；
故答案為：5.3，75%；
③溫度升高，K值減小，說明反應 是放熱反應，使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應采取措施，使平衡向正反應移動，但不能只增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤，
B．充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：CD；
（2）①a、CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H₁=+49.0kJ?mol^-1
b、2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算，a+

1

2

b得到，反應CH₃OH（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.8 KJ/mol；
故答案為：-192.8；
②甲醇燃料電池中，甲醇中C元素的化合價升高，則甲醇為負極，電解質為酸，甲醇失去電子生成二氧化碳，電極反應為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，正極氫氣得到電子生成水，電極反應為：O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O；
故答案為：負；  O₂+4H⁺+4e^-═2H₂O．

點評：本題為綜合題，涉及化學平衡影響因素分析、平衡常數(shù)計算、反應熱的計算、熱化學反應方程式的書寫、燃料電池等知識點，注重高考�？伎键c的考查，題目難度中等．