Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，發(fā)展前景廣闊。

（1）利用甲醇可制成微生物燃料電池（利用微生物將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置）。某微生物燃料電池裝置如右圖所示：A極是________極（填“正”或“負(fù)”），其電極反應(yīng)式是________。

（2）研究表明CO2加氫可以合成甲醇。CO2和H2可發(fā)生如下兩個反應(yīng)：

I．CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH1

II．CO2(g) + H2(g)CO(g) + H2O(g) ΔH2

①反應(yīng)I的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝________。

②有利于提高反應(yīng)I中 CO2的平衡轉(zhuǎn)化率的措施有________（填序號）。

a．使用催化劑 b．加壓 c．增大CO2和H2的初始投料比

③研究溫度對于甲醇產(chǎn)率的影響。在210 ℃~290 ℃，保持原料氣中CO2和H2的投料比不變，按一定流速通過催化劑甲，主要發(fā)生反應(yīng)I，得到甲醇的實(shí)際產(chǎn)率、平衡產(chǎn)率與溫度的關(guān)系如右圖所示。

ΔH1________0（填“＞”、“＝”或“＜”），其依據(jù)是________。

④某實(shí)驗(yàn)控制壓強(qiáng)一定，CO2和H2初始投料比一定，按一定流速通過催化劑乙，經(jīng)過相同時間測得如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)）：

T（K）	CO2實(shí)際轉(zhuǎn)化率（%）	甲醇選擇性（%）【注】
543	12.3	42.3
553	15.3	39.1

【注】甲醇選擇性：轉(zhuǎn)化的CO2中生成甲醇的百分比

表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，升高溫度，CO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率提高而甲醇的選擇性降低，其原因是________。

Answer 1

【答案】 負(fù) CH3OH — 6e + H2O == CO2 + 6H+ b ＜ 溫度升高，甲醇的平衡產(chǎn)率降低 溫度升高，I、II的反應(yīng)速率均加快，但對II的反應(yīng)速率的影響更大

【解析】（1）由電池裝置圖可知，該電池是甲醇燃料電池，由于使用了質(zhì)子交換膜，所以電解質(zhì)是酸性的，通入還原劑甲醇的電極A是負(fù)極，其電極反應(yīng)式是CH3OH — 6e + H2O == CO2 + 6H+。

（2）①反應(yīng)I的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K＝。

②反應(yīng)I是一個氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，故加壓有利于提高反應(yīng)I中 CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，選b。增大CO2和H2的初始投料比，只能減小其轉(zhuǎn)化率；催化劑不影響平衡轉(zhuǎn)化率。

③由圖可知，甲醇的平衡產(chǎn)率隨溫度升高而減小，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，ΔH1＜ 0。

④表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，升高溫度，CO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率提高而甲醇的選擇性降低，其原因是溫度升高，I、II的反應(yīng)速率均加快，但對II的反應(yīng)速率的影響更大（即有更多的二氧化碳發(fā)生了副反應(yīng)）。