Question

运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO₂等污染有非常重要的意义。

(1)用CO可以合成甲醇。

已知：CH₃OH(g)+O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(1) ΔH₁

CO(g)+O₂(g)=CO₂(g) ΔH₂

H₂(g)+(g)=.H₂O(1) ΔH₃

请写出由CO和H₂形成CH₃OH的热化学方程式__________。

(2)下表所列数据是CO和H₂形成CH₃OH的反应在不同温度下的化学平衡常数(K)，由表中数据判断该反应的ΔH__________0（填“>”、“=”或“<”）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

(3)若在绝热、恒容的密闭容器中充入1molCO、2molH₂，发生CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)反应，下列示意图能说明该反应在进行到t₁时刻为平衡状态的是__________（填选项字母）。

(4)T₁℃时，在一个体积为1L的恒容容器中充入1molCO、3molH₂，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.8，则5min内用H₂表示的反应速率为v(H₂)__________。此时，这个反应的平衡常数是__________，反应温度为__________℃。

(5)为了提高燃料的利用率可以将甲醇设计为燃料电池，写出KOH作电解质溶液时，甲醇燃料电池的负极反应式__________。

Answer

CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=2ΔH3+ΔH2-ΔH1 < d 0.32mol(L•min) 2.041 250℃ CH3OH-6e-+8OH-=+6H2O

【解析】

(1)根据盖斯定律得目标热化学方程式；

(2)根据化学平衡常数K与温度的关系判断反应是放热反应还是吸热反应；

(3)当正逆反应速率相等、各物质的浓度不再改变时，化学反应达到平衡状态；

(4)利用化学反应速率及化学平衡常数的计算公式进行计算；

(5) 以KOH作电解质溶液时，甲醇在负极失电子生成，据此书写负极反应式。

(1)已知：CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(1) ΔH1……①

CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2 ……②

H2(g)+(g)=.H2O(1) ΔH3……③

依据盖斯定律②+③×2-①得CO和H2形成CH3OH的热化学方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=2ΔH3+ΔH2-ΔH1；

(2)由表中数据可知，随温度的升高，CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)的化学平衡常数减小，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，ΔH<0；

(3)若在绝热、恒容的密闭容器中充入1molCO、2molH2，发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)：

a．据图可知，t1时正反应速率达到最大值但仍然在改变，说明t1时刻未达到平衡状态，a不选；

b．在绝热、恒容的密闭容器中充入1molCO、2molH2生成甲醇，反应放出热量，化学平衡常数应该是减小而不是增大，b不选；

c．t1时甲醇和CO的物质的量相等，但CO和甲醇的物质的量依然在改变，说明反应未达到平衡状态，c不选；

d．t1时CO的质量分数保持不变，说明反应达到平衡状态，d选；答案选d；

(4)T1℃时，在一个体积为1L的恒容容器中充入1molCO、3molH2发生反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.8，消耗CO的物质的量为1mol×0.8=0.8mol，根据化学方程式可知，消耗H2的物质的量为1.6mol，则5min内用H2表示的反应速率为v(H2)==0.32mol/(L•min)；此时容器中CO、H2、CH3OH的物质的量分别为0.2mol、1.4mol、0.8mol，该反应的平衡常数K==2.041，结合表中数据可知，反应温度为250℃；

(5)为了提高燃料的利用率可以将甲醇设计为燃料电池，以KOH作电解质溶液时，甲醇在负极失电子生成，负极反应式为CH3OH-6e-+8OH-=+6H2O。