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【题目】甲醇是一种可再生能源,具有开发和应用的广阔前景,工业上一般可采用如下方法来合成甲醇:

(1)用CO2生产甲醇。

已知:CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(l) △H=﹣akJmol﹣1

2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) △H=﹣b kJmol﹣1

则表示CH3OH(g)燃烧的热化学方程式为:____________________

(2)用CO生产甲醇。

已知:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g),下图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①该反应的焓变ΔH__________0(填“>”、“<”或“=”)。

②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1_______K2 (填 “>”、“<”或“=”)。

③若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是______________

A.升高温度 B. 将CH3OH(g)从体系中分离

C.使用合适的催化剂 D. 充入He,使体系总压强增大

(3)甲醇(CH3OH)可以用作燃料电池,该电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂,在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。负极发生的电极反应式是________________________,正极发生的电极反应式是_______________________

【答案】2CH3OH(g)+3O2(g) =2CO2 (g)+4H2O(l) ΔH = + (2a -3b) kJ·mol-1 B 2CH3OH -12e-+2H2O=2CO2+12H+ 3O2 + 12H+ + 12e =6H2O

【解析】

(1)利用盖斯定律相加减,即可得出CH3OH燃烧的热化学方程式;
(2)①根据先拐先平法和温度对化学反应速率和化学平衡的影响来回答;
②温度对化学平衡常数的影响和反应的吸放热有关;
③化学平衡正向移动可增加甲醇产率;
(3)在甲醇燃料电池中,燃料甲醇作负极,发生失电子的氧化反应,氧气作正极,发生得电子的还原反应,即可得到正负极反应式。

(1)CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(l) H=﹣akJmol1

2H2(g)+O2(g)═2H2O(l) H=﹣b kJmol1

×3-×2得到2CH3OH(g)+3O2(g) =2CO2 (g)+4H2O(l) ΔH = + (2a -3b) kJ·mol-1 则表示CH3OH(g)燃烧的热化学方程式为:2CH3OH(g)+3O2(g) =2CO2 (g)+4H2O(l) ΔH = + (2a -3b) kJ·mol-1

(2)①反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中,根据图像T2先出现拐点,T2反应速率快,则T2>T1根据图像温度升高CO的平衡转化率减小,化学平衡向着逆反应方向移动,所以该反应是放热反应,ΔH<0,因此,本题正确答案是:<;

②对于放热反应,温度越高,化学平衡常数越小,T2>T1,反之越大,所以K1>K2,因此,本题正确答案是:>;

A.若容器容积不变升高温度,反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)平衡逆向移动甲醇产率低A项错误;B.CH3OH从体系中分离反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)平衡正向移动,甲醇产率增大,故B正确;C.使用合适的催化剂不会引起化学平衡的移动甲醇的转化率不变C错误;D.若容器容积不变充入He,使体系总压强增大各组分的浓度不变化学平衡不移动甲醇的转化率不变D错误;故选B;

(3)在甲醇燃料电池中,燃料甲醇作负极发生失电子的氧化反应,氧气作正极发生得电子的还原反应,负极发生的电极反应式是2CH3OH -12e-+2H2O=2CO2+12H+,正极发生的电极反应式是 3O2 + 12H+ + 12e =6H2O

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