Question

【题目】甲醇既是重要的化工原料，又是电动公交车的清洁能源，利用水煤气在一定条件下合成甲醇，发生的反应为CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) ΔH=？

（1）已知CO、H2、CH3OH的燃烧热分别为283.0kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1，则ΔH=__。

（2）在一容积为2L的恒容密闭容器中加入0.2molCO和0.4molH2，发生如下反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，实验测得T1℃和T2℃下，甲醇的物质的量随时间的变化如下表所示。

时间 温度/℃	10min	20min	30min	40min	50min	60min
T1	0.080	0.120	0.150	0.168	0.180	0.180
T2	0.120	0.150	0.156	0.160	0.160	0.160

①由上述数据可以判断：T1__T2(填“＞”“＜”或“=”)。

②T1℃时，0～20minH2的平均反应速率v(H2)=__。

③该反应在T1℃达到平衡后，为同时提高反应速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是__(填字母)。

A.改用高效催化剂

B.升高温度

C.缩小容器容积

D.分离出甲醇

E.增加CO的浓度

（3）若保持T2℃不变，起始时加入CO、H2、CH3OH的物质的量分别为amol、bmol、cmol，达到平衡时，仍与原平衡等效，则a、b、c应满足的条件：__。

（4）当反应在T1℃进行20min时，迅速将0.02molCO、0.04molH2、0.18molCH3OH同时投入体系中，同时将反应体积扩大为原来的2倍，反应在40min时达到平衡，请在图中画出20～40min内容器中H2浓度的变化趋势曲线___。

（5）在以CH3OH(l)为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，则负极的电极反应式为__；理想状态下，该燃料电池消耗2mol甲醇所能产生的最大电能为1162.4kJ，则该燃料电池的理论效率为__(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比)。

Answer 1

【答案】-128.1kJ·mol-1 ＜ 0.006mol·L-1·min-1 CE a＋c=0.2，b＋2c=0.4 CH3OH－6e-＋H2O=CO2↑＋6H+ 80%

【解析】

(1)根据已知的燃烧热书写热化学方程式，推导所求反应，再根据盖斯定律计算所求反应的焓变；

(2)①反应为放热反应，温度升高不利于反应正向进行；

②根据表中数据计算CH3OH的生成速率，再由化学反应速率之比等于化学计量数之比计算H2的消耗速率；

③该反应T1℃达到平衡后，为同时提高反应速率和甲醇的生成量，从浓度，压强，温度角度逐项分析；

(3)与原平衡等效，即将反应物一边倒时，与原反应物一致；

(4)由“一边倒”计算可知通入0.02 mol CO、0.04 mol H2、0.18 mol CH3OH与通入0.2 mol CO、0.4 mol H2完全等效，即达新平衡时H2的浓度与原平衡相同，计算出图象的起点和平衡点的量，再作图；

(5)原电池负极发生氧化反应，电解质溶液为酸性，CH3OH转化为CO2和H+，据此写出负极的电极反应，根据反应的热量变化计算。

(1)CO、H2、CH3OH的燃烧热分别为283.0kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1、726.5kJ·mol-1，则①CO(g)+O2(g)＝CO2(g)△H1=-283.0kJ/mol，②H2(g)+O2(g)＝H2O(l)△H2=-285.8kJ/mol，③CH3OH(l)+O2(g)＝CO2(g)+2H2O(l)△H3=-726.5kJ/mol，CO(g)+2H2(g)CH3OH(l)可由①+2×②-③得到，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=△H1+2△H2-△H3=-128.1kJ/mol，故答案为：-128.1kJ/mol；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(l) △H=-128.1kJ/mol，为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，平衡时甲醇含量降低，所以温度T1℃＜T2℃，故答案为：＜；

②T1℃时，0～20min内，CH3OH的生成速率为v(CH3OH)==0.003mol/(Lmin)，由化学反应速率之比等于化学计量数之比，则H2的消耗速率为v(H2)=2v(CH3OH)=0.006mol/(Lmin)，故答案为：0.006mol/(Lmin)；

③A．改用高效催化剂，催化剂只能改变化学反应速率，但不改变化学平衡，故A不选；B．升高温度，有利于加快化学反应速率，但不利于反应正向进行，不利于提高CH3OH产量，故B不选；C．缩小容器体积，相当于加压，有利于加快化学反应速率，有利于反应正向进行，即有利于提高CH3OH产量，故C选；D．分离出甲醇，减小逆反应速率，瞬时不改变正反应速率，有利于反应正向进行，故D不选；E．增加CO的浓度，增大正反应速率，瞬时逆反应速率不变，但随之不断增大达到新平衡，有利于反应正向进行，即有利于提高CH3OH产量，故E选；故答案为：CE；

(3)T1温度下，平衡时n(CH3OH)=0.18mol，则n(CO)=0.02mol，n(H2)=0.04mol，保持T1℃不变，起始时加入CO、H2、CH3OH的物质的量分别为amol、bmol、cmol，达到平衡时，仍与原平衡等效，将反应物一边倒，等效为起始时n(CO)=a+c，n(H2)=b+2c，则a+c=0.2，b+2c=0.4，故答案为：a+c=0.2，b+2c=0.4；

(4)当反应在T1℃进行20min时，迅速将0.02molCO、0.04molH2、0.18molCH3OH同时投入体系中，同时将反应体积扩大为原来的2倍，由“一边倒”计算可知通入0.02 mol CO、0.04 mol H2、0.18 mol CH3OH与通入0.2 mol CO、0.4 mol H2完全等效，即达新平衡时H2的浓度与原平衡相同，继续充入0.4 mol H2的瞬间H2的浓度变为＝0.05 mol·L－1，平衡时c(H2)＝＝0.02 mol·L－1，变化趋势图为：，故答案为：；

(5)原电池负极发生的是燃料(CH3OH)失去电子的氧化反应，电解质溶液为酸性，CH3OH转化为CO2和H+，则负极的电极反应为：CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+，理想状态下，该燃料电池消耗2mol甲醇所能产生的最大电能为1162.4kJ，2mol甲醇完全燃烧释放的热量为2×726.5kJ=1453kJ，所以该燃料电池的理论效率为×100%=80%，故答案为：CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+；80%。