Question

【題目】氫氣是一種清潔、高效新能源，也是重要的化工原料。

（1）工業(yè)上利用甲烷制備氫氣的反應(yīng)為:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

已知：

①H2(g)+1/2O2(g)H2O(g) △H1=-198kJ/mol

②CO(g)+1/2O2(g)CO2(g) △H2=-283kJ/mol

③CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) △H3=-846.3kJ/mol

則CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H4=________。

（2）工業(yè)上利用CO和H2合成清潔能源CH3OH，其反應(yīng)為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-116kJ/mo1

①如圖表示CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)隨溫度和壓強變化的示意圖。X表示的是_______，理由_________；Y1_____Y2(填“<”“=”或“>”)。

②在2L恒容密閉容器中充入2 mol CO和4 mol H2，在一定條件下經(jīng)過10 min達(dá)到平衡狀態(tài)c點處。則在該條件下，從開始至達(dá)到平衡狀態(tài)v(CH3OH)=_______________，平衡常數(shù)Ka、Kb、Kc 的大小關(guān)系：___________。

③下列措施既能增大反應(yīng)速率又能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率的是_______。

A．使用催化劑 B．及時分離CH3OH C．升高溫度 D．增大壓強

（3）已知燃料電池的比能量與單位質(zhì)量燃料物質(zhì)失去的電子數(shù)成正比。理論上H2、CH4、CH3OH的堿性電池的比能量由大到小的順序為___________。

Answer 1

【答案】+30.7 kJ·mol-1 壓強 該反應(yīng)正向是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強化學(xué)平衡有利于正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大 < 0.05mol/(L·min) Ka=Kb>Kc D H2>CH4>CH3OH

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計算

（2）①從平衡移動的角度入手分析，X表示的是壓強，理由該反應(yīng)正向是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強化學(xué)平衡有利于正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；②列出三段式，根據(jù)v(CH3OH)= △c/ △t進(jìn)行計算；平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，從溫度入手分析平衡常數(shù)大�。虎�A.使用催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；B.及時分離CH3OH，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，但化學(xué)反應(yīng)速率降低；C.升高溫度加快化學(xué)反應(yīng)速率，降低反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率；D.增大壓強加快化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；

（3）根據(jù)題意比較大小即可；

（1）根據(jù)蓋斯定律③-②-①×3得: △H4= -846.3-（-283）-（-198×3）=+30.7 kJ·mol-1

（2）①因為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-116kJ/mo1，根據(jù)方程式分析，溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)減小，增大壓強，平衡正向移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)增大，圖中是隨X增大CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)增大的，所以X表示的是壓強，理由該反應(yīng)正向是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強化學(xué)平衡有利于正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；由圖知壓強一定時，Y1的轉(zhuǎn)化率大于Y2 ，所以Y1的溫度小于Y2的溫度。答案：壓強 ；該反應(yīng)正向是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強化學(xué)平衡有利于正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；<。②根據(jù)三段式： CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)， c點CO的平衡轉(zhuǎn)化率為0.5可得，

CO(g)+ 2H2(g)CH3OH(g)

n0 1 mol 2 mol 0 mol

△n 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

n平 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

v(CH3OH)= 0.5 mol·L-1/10 min= 0.05mol/(L·min)

因為平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，a b兩點同在Y1曲線上，溫度相同，所以Ka= Kb。根據(jù)因為CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=-116kJ/mo1為放熱反應(yīng)，由圖知壓強一定時，Y1的轉(zhuǎn)化率大于Y2 所以Y1的溫度小于Y2的溫度，升溫平衡逆向移動，所以Ka=Kb>Kc。

③A.使用催化劑只改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能影響平衡移動，也不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故A不符合題意；B.及時分離CH3OH，減小生成物的濃度，平衡正向移動，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，但化學(xué)反應(yīng)速率降低，故B不符合題意；C.升高溫度加快化學(xué)反應(yīng)速率，但升溫平衡逆向移動，降低反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故C不符合題意；D.增大壓強加快化學(xué)反應(yīng)速率，因為正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以增大壓強，平衡正向移動，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，故D符合題意。答案D。

（3）因為燃料電池的比能量與單位質(zhì)量燃料物質(zhì)失去的電子數(shù)成正比，所以相同質(zhì)量（設(shè)質(zhì)量為1g）的H2、CH4、CH3OH的堿性電池轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為：H2H2O轉(zhuǎn)移的電子1/2×2e-=1mol； CH4CO2轉(zhuǎn)移的電子為1/16×8e-=0.5mol；CH3OHCO2轉(zhuǎn)移的電子為1/32×6e-=3/16mol，所以單位質(zhì)量的燃料轉(zhuǎn)移的電子數(shù)H2>CH4>CH3OH，其比能量由大到小的順序為H2>CH4>CH3OH。