Question

【題目】甲醇可作為燃料電池的原料。通過下列反應可以制備甲醇：CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H ＝－90.8 kJ·mol－1 ，在一容積可變的密閉容器中充入10 mol CO 和20 mol H2，CO 的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖所示，當達到平衡狀態(tài)A 時，容器的體積為20 L。

（1）T1℃反應的平衡常數(shù)為_______________。

（2）圖中P1 _______ P2（填“>”、“<”或“=”）。如反應開始時仍充入10 mol CO和20 mol H2，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V(B)=__________L。

（3）關于反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化學平衡狀態(tài)B時的描述正確的是________

A．CO的含量保持不變 B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等

C．2v正(CH3OH)= v正(H2) D．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

（4）已知CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJ·mol－1 ，試寫出由CO2和H2制取甲醇的熱化學方程式___________________________________。

（5）以CH3OH、O2、稀H2SO4組成燃料電池，寫出該電池正極的電極反應式：_________________。

Answer 1

【答案】4L2/mol2<4ADCO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H = －49.5kJ·mol－1O2 + 4e- + 4H+= 2H2O

【解析】

（1）T1℃利用A點時CO的轉化率，結合化學平衡常數(shù)表達式，計算化學平衡常數(shù)；

（2）正反應方向為氣體體積減小的方向，T1℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大；A、B反應溫度相等，則平衡常數(shù)相等，利用平衡常數(shù)計算；

（3）平衡標志是正逆反應速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；

（4）A．該反應為放熱反應，溫度越低，CO的轉化率越大；B．由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉化率更高，該反應為放熱反應，溫度越低，CO的轉化率越大，故溫度T1＜T3，溫度越高，反應速率越快；b、d兩點壓強相同，溫度越高，反應速率越大；C．由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉化率更高，該反應為放熱反應，故溫度T1＜T3，降低溫度平衡向正反應方向移動，K值增大．平衡常數(shù)只與溫度有關，b、d兩點溫度相同，平衡常數(shù)相同；D．CO轉化率的越大，n總越小，由M=，判斷；

（5）該燃料電池負極發(fā)生氧化反應，則1molCH3OH失去電子，轉化為CO2，共失去6mole-，電解質(zhì)溶液中含有CO32-，得到電極反應式。

（1）T1℃利用A點時CO的轉化率為50%，則CO轉化的物質(zhì)的量濃度為：×50%=0.25mol/L，H2、CH3OH轉化的物質(zhì)的量濃度分別為：0.5mol/L、0.25mol/L，平衡時，CO、H2、CH3OH濃度分別為：0.25mol/L、-0.5mol/L=0.5mol/L、0.25mol/L，K==4 L2mol-2；

（2）正反應方向為氣體體積減小的方向，T1℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大，圖象中P2轉化率大于P1，可知P1＜P2；A、B兩容器溫度相同，即化學平衡常數(shù)相等，且B點時CO的轉化率為0.8，

則 CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始（mol）： 10 20 0

轉化（mol）： 8 16 8

平衡（mol）： 2 4 8

設體積為VL，則有K==4，V=4L；

（3）CO（g）+2H2（g）CH3OH（g），

A．CO的含量保持不變，說明反應達到平衡，選項A正確；B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等，與消耗量和起始量有關反應不一定達到平衡，選項B錯誤；C．反應速率之比等于化學方程式系數(shù)之比是正反應速率之比，若2V正（CH3OH）=V逆（H2）說明V正（H2）=V逆（H2）說明反應達到平衡，但題給條件為2V正（CH3OH）=V正（H2），選項C錯誤；D．混合氣體質(zhì)量不變，反應前后體積不同，反應過程中密度變化，容器中混合氣體的密度保持不變說明反應達到平衡，選項D正確；答案選AD；

（4）利用蓋斯定律，消去兩個熱化學方程式中的CO，可得到答案，寫出熱化學方程式為：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5 kJ/mol；

（5）該燃料電池正極發(fā)生還原反應，則氧氣得電子酸性條件下與氫離子反應生成水，電極反應式為：O2 + 4e- + 4H+= 2H2O。