Question

甲醇在工业中有广阔的用途

已知：①2CH₃OH(l)+2O₂(g)=2CO(g)+4H₂O(l)    △H=－a kJ·mol^－1

②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)               △H=－b kJ·mol^－1

(1)反应2CH₃OH(l)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(1)的△H=___________。

(2)CH₃OH不充分燃烧时，生成C、CO和CO₂以及气态水，将所有的产物通入一个10L的密闭容器中，在一定条件下发生可逆反应：

CO(g)+ H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)     △H>0

①有利于提高CO平衡转化率的条件是___________。(填正确答案标号)

A.高温    B.低温    C.低压    D.高压

②下列事实能说明该反应达到平衡的是___________。(填正确答案标号)

A.体系中的颜色不发生变化     B. v_正(CO)/v_逆(H₂)=1

C.c(CO)/c(H₂)=1               D.CO₂的浓度不再发生变化

③向该密闭容器中充入2 mol CO，4.8molH₂O。在200℃下，20分钟后达到平衡，测得CO的转化率为60%，v(CO₂)=___________；该温度下的平衡常数是___________。

(3)在加热条件下用甲醇气相法制备CO和H₂时，常采用加NiO作催化剂。发生2CH₃OH(l)2CO(g)+4H₂(g)   △H>0，日产量与温度的关系如图所示。

①保证较高日产量的适宜温度是______________；

②310℃以后日产量下降的原因可能是___________。

(4)21世纪甲醇燃料电池是最佳动力源之一。甲醇空气电池成为了车载电池，该燃料电池工作时的电池反应：2CH₃OH(l)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(1)。原理如图

①c处应通入_________________________________；

②该电池的负极反应式为_________________________________。

Answer

—（a+b）kJ·mol－1 A BD 0.006mol/(L·min) 0.5 230~310℃ 催化剂活性降低或发生了副反应 氧气或空气 CH3OH—6e—+H2O = CO2↑+6H+

【解析】

（1）由盖斯定律计算可得；

（2）①该反应为气体体积不变的吸热反应，改变压强平衡不移动，升高温度，平衡向正反应方向移动；

②依据平衡时正反应速率等于逆反应速率，各物质浓度保持不变，以及衍生的物理量不变进行分析判断；

③依据题给数据建立三段式计算反应速率和平衡常数；

（4）由原理图中阳离子移动方向可知，左电极为负极，右电极为正极，酸性条件下，负极上CH3OH发生氧化反应生成二氧化碳，b处通入CH3OH，正极上氧气发生还原反应生成水，c处通入O2。

（1）由盖斯定律可知①+②得反应2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(1)，则△H=△H1—△H2=—（a+b）kJ·mol－1，故答案为：—（a+b）kJ·mol－1；

（2）①该反应为气体体积不变的吸热反应，改变压强平衡不移动，升高温度，平衡向正反应方向移动，CO平衡转化率增大，故选A，故答案为：A；

②A、反应物和生成物都是无色气体，体系中的颜色不发生变化不能说明该反应达到平衡，错误；

B、v正(CO)/v逆(H2)=1说明正逆反应速率相等，说明该反应达到平衡，正确；

C、一定条件下可以达到c(CO)/c(H2)=1，但不能说明该反应达到平衡，错误；

D、达到化学平衡时，各物质浓度保持不变，则CO2的浓度不再发生变化说明该反应达到平衡，正确；

故选BD，故答案为：BD；

③20分钟后达到平衡，测得CO的转化率为60%，由题给数据建立如下三段式：

CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（mol/L） 0.2 0.48 0 0

变（mol/L） 0.12 0.12 0.12 0.12

平（mol/L） 0.08 0.36 0.12 0.12

v(CO2)= 0.12mol/L/20min=0.006mol/(L·min)；平衡常数K=c(CO2)c(H2)/c(CO)c(H2O)= (0.12mol/L×0.12mol/L)/( 0.08mol/L×0.36mol/L)=0.5，故答案为：0.006mol/(L·min)；0.5；

（3）①由图可知230~310℃时，日产量较高，故答案为：230~310℃

②该反应为吸热反应，理论上，升高温度，平衡右移，日产量增大，由图可知，温度升高，日产量下降，可能是催化剂活性降低或发生了副反应，故答案为：催化剂活性降低或发生了副反应；

（4）由原理图中阳离子移动方向可知，左电极为负极，右电极为正极，酸性条件下，负极上CH3OH发生氧化反应生成二氧化碳，b处通入CH3OH，正极上氧气发生还原反应生成水，c处通入O2。

①由图可知，b处通入CH3OH，c处应通入O2，故答案为：氧气或空气；

②左电极为负极，负极上CH3OH发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为CH3OH—6e—+H2O = CO2↑+6H+，故答案为：CH3OH—6e—+H2O = CO2↑+6H+。