Question

研究和開發(fā)CO₂和CO的創(chuàng)新利用是環(huán)境保護(hù)和資源利用雙贏的課題．
（1）CO可用于合成甲醇．在體積可變的密閉容器中充入4mol CO和8mol H₂，在催化劑作用下合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（Ⅰ）平衡時CO的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：
①該反應(yīng)的逆反應(yīng)屬于______反應(yīng)；（填“吸熱”或“放熱”）．
②在0.1Mpa、100℃的條件下，該反應(yīng)達(dá)到平衡時容器體積為開始容器體積的______倍．（結(jié)果保留兩位小數(shù)點）
③在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4mol CO，8mol H₂，達(dá)到平衡時CO轉(zhuǎn)化率______（填“增大”，“不變”或“減小”），平衡常數(shù)K______（填“增大”，“不變”或“減小”）．
（2）在反應(yīng)（Ⅰ）中需要用到H₂做反應(yīng)物，以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法．已知：
CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
則CH₄和H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式為：______．
（3）在反應(yīng)（Ⅰ）中制得的CH₃OH即可以做燃料，還可以與氧氣組成堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液．則該燃料電池放電時：負(fù)極的電極反應(yīng)式為______．

Answer 1

（1）①圖象分析，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率隨溫度升高減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
故答案為：吸熱；
②0.1Mpa、100℃的條件下，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.5，消耗一氧化碳物質(zhì)的量為4mol×0.5=2mol，依據(jù)平衡三段式得到；
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 4 8 0
變化量（mol） 2 4 2
平衡量（mol） 2 4 2
則反應(yīng)達(dá)到平衡時容器體積和開始容器體積之比：V（平）：V（起）=n（平）：n（起）=8：12=0.67
反應(yīng)達(dá)到平衡時容器體積為開始容器體積的0.67倍；
故答案為：0.67；
③在溫度和容積不變的情況下，再向平衡體系中充入4mol CO，8mol H₂，為保持恒壓體積增大，最后達(dá)到平衡狀態(tài)和原來平衡狀態(tài)相同，達(dá)到平衡時CO轉(zhuǎn)化率不變；平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
故答案為：不變，不變；
（4）①CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.2kJ?mol^-1
②CH₄（g）+CO₂（g）=2CO（g）+2H₂（g）△H=+247.4kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算，①×2-②則CH₄和H₂O（g）反應(yīng)生成CO₂和H₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+165.0kJ?mol^-1；
（5）CH₃OH即可以做燃料，還可以與氧氣組成堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%～30%的KOH溶液．則該燃料電池放電時是原電池，負(fù)極上是甲醇失電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成碳酸鹽，反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；