Question

【題目】以天然氣為原料合成甲醇。有關(guān)熱化學(xué)方程式如下:

①2CH4(g)+O2(g) 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-70.8 kJ·mol-1

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2

③2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g) ΔH3=-251.0 kJ·mol-1

(1)ΔH2=____kJ·mol-1。

(2)在體積可變的密閉容器中投入1 mol CO和2 mol H2,在不同條件下發(fā)生反應(yīng):CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得平衡時(shí)CH3OH的物質(zhì)的量隨溫度、壓強(qiáng)的變化如圖1所示。

①M(fèi)點(diǎn)時(shí),H2的轉(zhuǎn)化率為____；壓強(qiáng):p1____(填“>”“<”或“=”)p2。

②反應(yīng)速率:N點(diǎn)v正(CO)____(填“>”“<”或“=”)M點(diǎn)v逆(CO)。

③若壓強(qiáng)為p1、在1 L恒容密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)(起始投料不變),在不同溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)(lg K)如圖2所示。則溫度為506 K時(shí),平衡常數(shù)K=____(保留三位小數(shù)),B、C、D、E四點(diǎn)中能正確表示該反應(yīng)的lg K與T的關(guān)系的點(diǎn)為____。

④在2 L恒容密閉容器中充入a(a>0) mol H2、2 mol CO和7.4 mol CH3OH(g),在506 K下進(jìn)行上述反應(yīng)。為了使該反應(yīng)逆向進(jìn)行,a的范圍為________。

(3)某甲醇-空氣燃料電池以KOH溶液為電解質(zhì)溶液。當(dāng)KOH全部轉(zhuǎn)化成KHCO3時(shí)停止放電,寫(xiě)出此時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式________________________________。

Answer 1

【答案】 -90.1 25% > < 0.148 BE 0<a<10 CH3OH-6e-+7OH- HCO3-+5H2O

【解析】(1) ①2CH4(g)+O2(g)= 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-70.8 kJ·mol-1，③2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g) ΔH3=-251.0 kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律，將(③-①)×得：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH2=×[(-251.0 kJ·mol-1)-(-70.8 kJ·mol-1)]= -90.1 kJ·mol-1，故答案為：-90.1；

(2)①根據(jù)圖像，M點(diǎn)時(shí)，生成的甲醇為0.25mol，則反應(yīng)的H2為0.5mol，H2的轉(zhuǎn)化率=×100%=25%；根據(jù)反應(yīng)方程式CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增大，因此p1＞p2，故答案為：25%；>；

②其他條件相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快，反應(yīng)速率:N點(diǎn)v正(CO)＜M點(diǎn)v逆(CO) ，故答案為：＜；

③根據(jù)圖像1，壓強(qiáng)為p1時(shí)，平衡時(shí)甲醇為0.25mol，則CO為1mol-0.25mol=0.75mol，H2為2mol-0.25mol×2=1.5mol，平衡常數(shù)K==0.148；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，K減小，lg K減小，符合條件的點(diǎn)有BE，故答案為：0.148；BE；

④為了使該反應(yīng)逆向進(jìn)行，需要滿足Qc大于K，即＞，因此a＜10，故答案為：0<a<10；

(3) 甲醇-空氣燃料電池以KOH溶液為電解質(zhì)溶液。當(dāng)KOH全部轉(zhuǎn)化成KHCO3時(shí)停止放電，此時(shí)負(fù)極上甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)生成HCO3-，電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+7OH-= HCO3-+5H2O，故答案為：CH3OH-6e-+7OH-= HCO3-+5H2O。