Question

甲醇是一种很好的燃料，被称为21世纪的新型燃料．
工业上可通过H₂和CO化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：
CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?molˉ¹
（1）已知：CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?molˉ¹
           H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O （g）△H₃=-242kJ?molˉ¹
1mol甲醇燃烧生成CO₂和水蒸气放出

651

kJ的热量．
（2）在压强为0.1MPa条件下，将a mol CO与 3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下在VL容器中制备甲醇．
①若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是

BD

．
A．升高温度                    B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大   D．再充入1mol CO和3mol H₂
②为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件，某同学设计了三组实验，部分实验条件已经填在下面实验设计表中．

实验编号	T（℃）	n（CO）/n（H2）	P（MPa）
1	150	1/3	0.1
2	a	1/3	5
3	350	b	5

A．则上表中剩余的实验条件数据：a=

150

、b=

1/3

．
B．根据反应特点，右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图，请指明图中的压强P₁=

0.1

MPa．
③100℃时，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反应的平衡常数为

4a2

V2

（用含a、V的代数式表示）．
（3）科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，而甲醇燃料电池具备甲醇燃料容易携带、容易存储等优点，目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源．右图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型．写出其电极反应式
正极：

3O₂+12e^-+12H⁺→6H₂O

负极：

2CH₄O-12e^-+2H₂O→12H⁺+2CO₂

．

Answer 1

分析：（1）根据已知反应和目标反应，利用盖斯定律来计算反应热；
（2）①反应CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）向正向移动，则可增加甲醇产率；
②由图可知，横坐标为温度，纵坐标为CO的转化率，P₁、P₂为两种不同的压强，以此来分析实验数据；
③化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（3）由甲醇的质子交换膜型燃料电池模型图可知，负极甲醇参与反应，正极氧气参与反应，且H⁺能通过交换膜，以此来书写电极反应式．

解答：解：（1）由①CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ?mol^-1，
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O （g）△H₃=-242kJ?mol^-1，
根据盖斯定律可知，②+③×2-①可得CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （g），
则△H=（-283kJ?mol^-1）+（-242kJ?mol^-1）×2-（-116kJ?mol^-1）=-651kJ?mol^-1，
即1mol甲醇燃烧生成CO₂和水蒸气放出651kJ的热量，故答案为：651；
（2）①对于CO+2H₂ CH₃OH，为放热反应，
A．升高温度，化学平衡逆向移动，则甲醇的产率降低，故A错误；                    
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，能使反应正向移动，甲醇的产率增大，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，容积不变，则反应体系中各物质的浓度不变，化学平衡不移动，产率不变，故C错误；
D．再充入1molCO和3molH₂，反应物的浓度增大，反应正向移动，甲醇的产率增大，故D正确；
故答案为：BD；
 ②A．因图中横坐标为温度，纵坐标为CO的转化率，P₁、P₂为两种不同的压强，则实验中n（CO）/n（H₂）相同，即b=1/3，为便于比较，则实验1和实验2的温度应相同，压强不同，即a=150，故答案为；150；1/3；
B．由图可知，相同温度时，P₁对应的CO的转化率降低，则P₁为0.1MPa，故答案为：0.1；
③100℃时，CO的转化率为0.5，则
     CO+2H₂ CH₃OH，
开始 a  3a             0
转化0.5a  a            0.5a
平衡0.5a  2a            0.5a
则K=

0.5a V

0.5a V × (2a)2 V2

=

V2

4a2

，
与CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）互为逆反应，
则化学平衡常数互为倒数，即100℃时，CH₃OH（g） CO（g）+2H₂（g）反应的平衡常数为为

4a2

V2

，
故答案为：

4a2

V2

；
（3）由甲醇的质子交换膜型燃料电池模型图可知，负极甲醇参与反应，正极氧气参与反应，且H⁺能通过交换膜，
则正极反应式为3O₂+12e^-+12H⁺→6H₂O，负极反应式为2CH₄O-12e^-+2H₂O→12H⁺+2CO₂，
故答案为：3O₂+12e^-+12H⁺→6H₂O；2CH₄O-12e^-+2H₂O→12H⁺+2CO₂．

点评：本题综合性较强，难度较大，注重了对化学反应与能量、化学平衡及平衡计算、电化学等高考考点的考查，对学生能力的要求较高，（2）是学生解答的易错点，体现学生分析问题、解答问题的能力．