Question

CO、H₂、CH₃、OH均是清洁能源。

(1)已知部分化学键键能数据如下：

化学键	CO	O=O	C=O	C-O
E/(kJ • mol^-1)	958.5	497	745	351

2CO(g) +O₂(g)==2CO₂(g)   △H₁

H₂O(g)+CO(g)==H₂(g) + CO₂(g) △H₂ = -41 kJ•mol^-1

CH₃OH(g)+ 3/2O₂(g)==CO₂(g)+2H₂O(g) △H₃ = -660kJ•mol^-1

则△H₁=_____ kJ•mol^-1，反应CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)的△H=_____ kJ•mol^-1。

(2)一定条件下，在容积为2 L的密闭容器Q中充人a mol CO与6 molH₂合成甲醇：CO(g) +2H₂(g) CH₃OH(g)。测得平衡时混合气体中CH₃OH的体积百分含量与温度、 压强之间的关系如图1所示，图2表示在一定温度下，H₂的平衡转化率与反应开始时两种反应物的投料物质的量之比（用X表示）、压强之间的关系。

①压强相同时，温度为T₁、T₂时，反应达到平衡所需要的时间分别为t₁、t₂，则二者之间的相对大小为t₁___ t₂(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。

②X=___________(用含a、b的式子表示)，p₁_____p₂(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。

③若a =2，b=4，则压强为p₁、温度为了T₁时该反应的平衡常数K=______________。

④若在压强为P₁、温度为T₁时，向Q容器中同时加入等物质的量的CO、H₂、CH₃OH三种气体，则反应开始时，v(CH₃OH)_正_____v(CH₃OH)_逆(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。

(3)甲醇燃料电池是一种具有高能量转化率的绿色电池，则用磷酸溶液作电解质时，负极的电极反应式为________________________。

Answer

-566 -107 > > 4. 5 无法确定 CH3OH+H2O-6e-==CO2↑+6H+

【解析】（1）根据化学方程式及化学键键能数据，△H1=2×958.5+497-2×745×2=-566 kJ•mol-1；根据盖斯定律，CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的△H=△H1×-△H2×2-△H3=（-566×+41×2+660）kJ•mol-1=-107 kJ•mol-1。

（2）因为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=-107 kJ•mol-1<0，所以温度越高，平衡时CH3OH的含量越低，所以图1中T2>T1，故①压强相同时，温度为T1、T2时，反应达到平衡所需要的时间分别为t1、t2，则二者之间的相对大小为t1>t2。②已知a mol CO与b molH2合成甲醇，故投料物质的量之比（用X表示）为： ；由图2知，投料比相同时，压强为P1的反应氢气平衡转化率高，又因为该反应为气体分子数减小的反应，故P1>P2。③若a=2，b=4，则压强为P1、温度为了T1时，列三段式：

由图1，此条件下平衡时CH3OH的体积分数为40%，所以： =0.4，解得x=，所以平衡时n（CO）=mol，n（H2）=mol，又因为容积为2L，所以CO、H2、CH3OH的平衡浓度分别为： mol∙L-1、mol∙L-1、 mol∙L-1，故K= =4.5。

④若在压强为P1、温度为T1时，向Q容器中同时加入等物质的量的CO、H2、CH3OH三种气体（设为y），此时浓度商==÷[×()2]= ，与K无法比较大小，不确定平衡向哪个方向移动，故无法确定ν(CH3OH)正与ν(CH3OH)逆的大小。

（3）酸性条件下甲醇燃料电池的总反应式为：CH3OH+O2=CO2+2H2O①，酸性条件下该燃料电池的正极反应式为： O2+6H++6e-=3H2O②，①-②得电池负极反应式为：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+。

点睛：本题以CO、H2、CH3OH等清洁能源的探究为载体，考查化学反应与能量、化学反应速率与化学平衡、燃料电池等知识，题目综合性较强，注重分析能力和通过计算推理能力的考查。注意灵活运用盖斯定律求热化学反应的△H，有关化学平衡综合题中读图识图技巧，题中涉及三个变量，可通过固定其中一个变量，讨论另外两个之间的关系。