(2013•珠海模拟)甲醇是一种优质燃料,可制作燃料电池.

(2013•珠海模拟)甲醇是一种优质燃料,可制作燃料电池.
(1)为探究用 CO2 来生产燃料甲醇的反应原理,现进行如下实验:在体积为 1L 的密闭容器中,充入 1molCO2 和 3molH2,一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol
测得 CO2 和 CH3OH(g)的浓度随时间变化如图.请回答:
①从反应开始到平衡,氢气的反应速率:v(H2)=______.
②能够说明该反应已达到平衡的是______.
A.恒温、恒容时,容器内的压强不再变化
B.恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化
C.一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
D.一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时生成1mol CH3OH
③下列措施中能使平衡混合物中 n(CH3OH)/n(CO2) 增大的是______.
A.加入催化剂
B.充入 He(g),使体系压强增大
C.将 H2O(g)从体系中分离
D.降低温度
④求此温度(t1)下该反应的平衡常数 K1=______(计算结果保留三位有效数字).
⑤另在温度(t2)条件下测得平衡常数 K2,已知t2>t1,则K2______K1(填“>”、“=”或“<”).
(2)以 CH3OH 为燃料(以 KOH 溶液作电解质溶液)可制成 CH3OH 燃料电池,则充入 CH3OH 的电极为______极,充入O2电极的反应式为______.
(3)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H 1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2
则 1mol 甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=
[1/2](△H1-△H2
[1/2](△H1-△H2
.(用含△H1、△H2 的式子表示)
lsliulihong 1年前 已收到1个回答 举报

wyq999 幼苗

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解题思路:(1)①由图象可知,10min到达平衡,平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L,根据浓度变化量之比等于化学计量数之比氢气的浓度变化量,再根据v=[△c/△t]计算出v(H2);
②根据达到平衡状态正逆反应速率相等,各组分浓度不变进行判断;
③使n(CH3OH)/n(CO2)应采取措施,使平衡向正反应移动,注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量;
④根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算;
⑤根据该反应为放热反应,温度升高,平衡向着逆向移动分析;
(2)燃料原电池中,甲醇失电子发生氧化反应,所以通入燃料的电极为负极,通入氧气的电极为正极;氧气得到电子生成氢氧根离子;
(3)根据热化学方程式①②及盖斯定律计算反应热.

(1)①由图可知,10min到达平衡,平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L,由方程式CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O可知,氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L,故v(H2)=[2.25mol/L/10min]=0.225mol/(L•min),
故答案为:0.225mol/(L•min)
②A.恒温、恒容时,容器内的压强不再变化,反应两边气体体积不相等,压强不变,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故A正确;
B.恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化,混合气体的质量不变,容器的容积不变,所以气体的密度始终不变,所以密度不变,无法判断是否达到平衡状态,故B错误;
C.一定条件下,CO、H2和CH3OH的浓度保持不变,各组分浓度不变,说明正逆反应速率相等,达到了平衡状态,故C正确;
D.一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时生成1mol CH3OH,表示的是正逆反应速率,无法判断正逆反应速率是否相等,故D错误;
故选:A C;
③使n(CH3OH)/n(CO2)应采取措施,使平衡向正反应移动,注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量,
A、加入催化剂,催化剂不影响化学平衡,n(CH3OH)/n(CO2)不变,故A错误,
B、充入He(g),使体系压强增大,容器的容积不变,反应混合物的浓度不变,平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变,故B错误,
C、将H2O(g)从体系中分离,平衡向正反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确,
D、降低温度,该反应正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正确;
故答案为:CD;
④达到平衡时,c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=0.75mol/L,c(H2O)根据反应方程式,反应氢气的消耗浓度为二氧化碳的3倍,所以平衡状态时氢气的浓度为:0.75mol/L;c(H2O)=0.75mol/L,
该温度下的平衡常数为:K=[0.75×0.75/0.25×0.753]≈5.33,
故答案为:5.33;
⑤在温度(t2)条件下测得平衡常数 K2,已知t2>t1,该反应为放热反应,温度升高,平衡向着逆向移动,平衡常数将减小,
故答案为:<;
(2)燃料原电池中,甲醇失电子发生氧化反应,所以通入燃料甲醇的电极为负极;充入O2电极的反应式为氧气得到电子生成了氢氧根离子,电极反应为:3O2+12e-+6H2O═12OH-(O2+4e-+2H2O═4OH-也算对)
故答案为:负;3O2+12e-+6H2O═12OH-(O2+4e-+2H2O═4OH-也算对);
(3)①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H 1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2
根据盖斯定律,将反应①×[1/2]-反应②×[1/2],可得:CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(g) [1/2](△H1-△H2
1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=[1/2](△H1-△H2),
故答案为:[1/2](△H1-△H2).

点评:
本题考点: 化学平衡状态的判断;用盖斯定律进行有关反应热的计算;化学电源新型电池;反应速率的定量表示方法;化学平衡的影响因素;化学平衡的计算.

考点点评: 本题考查较为综合,涉及反应速率、平衡常数、平衡移动以及电化学等知识,题目难度不大,注意把握影响平衡移动的因素以及平衡移动方向的判断.

1年前

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