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    能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，研究甲醇具有重要意义。

    （1）用CO合成甲醇的反应为：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)在容积为1L。的密闭容器中分别充入1molCO和2molH2，实验测得甲醇的物质的量和温度、时间的关系曲线如图所示。则该正反应的△H_______0（填“＜”、“＞”或“=”），判断的理由是______。

    （2）利用工业废气中的CO2可制取甲醇，其反应为：CO2+3H2CH3OH+H2O。

    ①常温常压下已知下列反应的能量变化如下图所示：

    由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式为_______。

    ②为探究用CO2生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在一恒温恒容密闭容器中，充入1molCO2 和3molH2，进行上述反应。测得CO2。和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。从反应开始到平衡，v(H2)=_______ ；该温度下的平衡常数数值K=______。能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2))增大的措施有_______（任写一条）。

    （3）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种。

    ①甲醇蒸汽重整法。主要反应为；CH3OH(g)  CO(g)+2H2(g)设在容积为2.0L的密闭容器中充入0. 60 molCH3OH(g)，体系压强为P1，在一定条件下达到平衡时，体系压强为P2，且P2/P1 =2.2，则该条件下CH3OH   的平衡转化率为______ 。

    ②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2－ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图所示。则当n(O2)／n(CH3OH) =0.25时。CH3OH与O2发生的主要反应方程式为______ 。在制备H2：时最好控制n(O2))/n(CH3OH)=______。

     

     

    【答案】

    （1）＜温度升高，平衡时甲醇的量减少，平衡逆向移动，则正反应放热（或温度升高，平衡常数减小，平衡逆向移动，则正反应放热）。（2）① CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50KJ/mol. ②0.225mol/(L·min)  5.3  降低温度（或加压或增大H2的量或将H2O蒸汽从体系中分离等）。（3） ①60﹪  ②2CH3OH+ O2 =2HCHO+ 2H2O  0. 5

    【解析】

    试题分析：（1）当反应达到平衡后，由于升高温度，n(CH3OH)减小，平衡时CH3OH的含量降低，说明升高温度，化学平衡向逆反应方向移动。根据平衡移动原理，升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。逆反应方向是吸热反应，所以正反应是放热反应。故△H＜0. （2） ①由图一可知：CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l)  △H=41KJ/mol, 由图二可知：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)  △H= -91KJ/mol.将两式相加可得：CO2(g) +3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50KJ/mol. ② V(CO2)= (1.00-0.25) mol/L÷10min= 0.075mol/(l·min). V(H2):V(CO2)=3:1,所以V(H2)=3 V(CO2)= 0.225mol/(L·min) . 在该温度下的平衡常数数值由于反应 CO2(g) +3H2(g)= CH3OH(l)+H2O(l) ΔH=-50KJ/mol.的正反应是一个放热反应，所以降低温度能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2)增大。另外比如加压、增加H2的量或将水蒸气从混合物中分离出来等措施也能使平衡体系中n(CH3OH)/n(CO2))增大。（3）反应开始时n(CH3OH)=0.6mol,n(CO)=0mol,n(H2)=0mol.假设反应过程中CH3OH改变的物质的量为X，则达到平衡时各物质的物质的量为n(CH3OH)= (0.6-X)mol, n(CO) =Xmol n(H2)=2Xmol,对于体积固定的密闭容器中的气体反应来说，反应前后的压强比等于它们的物质的量的比。所以(0.6+2X)÷0.6=2.2,解得X=0.36.所以CH3OH的平衡转化率为0.36÷0.6×100﹪=60﹪。②由图可知当n(O2)／n(CH3OH) =0.25时得到的产物是甲醛，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为2CH3OH + O2=2HCHO+ 2H2O。在制备H2时由于在n(O2)／n(CH3OH) =0.5时选择性最高，所以最好控制n(O2))/n(CH3OH)= 0.5。

    考点：考查关于甲醇燃料电池的化学反应原理及制法等知识。

     

    练习册系列答案
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    相关习题

    科目：高中化学 来源： 题型：

    能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的能源物质之一．
    （1）合成甲醇的反应为：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）；图1表示某次合成实验过程中甲醇的体积分数φ（CH3OH）与反应温度的关系曲线，则该反应的△H
    ＜
    ＜
    0．（填“＞、＜或=”下同）
    （2）若在230℃时，平衡常数K=1．若其它条件不变，将温度升高到500℃时，达到平衡时，K
    ＜
    ＜
    1．
    （3）在某温度下，向一个容积不变的密闭容器中通入2.5mol CO和7.5mol H2，达到平衡时CO的转化率为90%，此时容器内的压强为开始时的
    0.55
    0.55
    倍．
    （4）利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置：
    ①则该装置中b为
    负
    负
    极，写出装置中电解池内发生反应的离子方程式
    锌极：Cu2++2e-=Cu，Cu极：Cu=2e-+Cu2+
    锌极：Cu2++2e-=Cu，Cu极：Cu=2e-+Cu2+
    ，
    ②当铜片的质量变化为12.8g时，a极上消耗的O2在标准状况下的体积为
    2.24
    2.24
    L．
    （5）低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，其中一种技术是将CO2转化成有机物实现碳循环．如：
    2CO2（g）+2H2O（l）═C2H4（g）+3O2（g）△H=+1411.0kJ/mol
    2CO2（g）+3H2O（l）═C2H5OH（1）+3O2（g）△H=+1366.8kJ/mol
    则由乙烯水化制乙醇反应的热化学方程式
    C2H4（g）+H2O（l）═C2H5OH，△H=-44.2kJ/mol
    C2H4（g）+H2O（l）═C2H5OH，△H=-44.2kJ/mol
    ．

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    科目：高中化学 来源： 题型：

    一定条件下，在体积为3L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇（催化剂为Cu2O/ZnO）：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
    根据题意完成下列各题：
    （1）反应达到平衡时，平衡常数表达式K=
    c(CH3OH)
    c(CO)?C2(H2)
    c(CH3OH)
    c(CO)?C2(H2)
    ，升高温度，K值
    减小
    减小
    （填“增大”、“减小”、“不变”）．
    （2）在500℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H2）=
    2nB
    3tB
    mol?（L?min）-1
    2nB
    3tB
    mol?（L?min）-1
    ．（用上图中出现的字母表示）
    （3）在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的
    1
    2
    ，下列有关该体系的说法正确的是
    b、c
    b、c
    ．
    a．氢气的浓度减小               b．正反应速率加快，逆反应速率也加快
    c．甲醇的物质的量增加           d．重新平衡时n（H2）/n（CH3OH）增大
    （4）据研究，反应过程中起催化作用的为Cu2O，反应体系中含少量CO2有利于维持催化剂Cu2O的量不变，原因是：
    Cu2O+CO?2Cu+CO2
    Cu2O+CO?2Cu+CO2
    （用化学方程式表示）．
    （5）能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来的重要的能源物质．常温下，1g甲醇完全燃烧生成液态水时放出22.7kJ的能量，写出甲醇燃烧热的热化学方程式
    CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.4kJ/mol
    CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.4kJ/mol
    ．

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    科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

    Ⅰ、合成氨对农业生产及国防建设均具有重要意义．
    （1）在恒温恒容密闭容器中进行的合成氨反应，N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），下列能表示达到平衡状态的是
    ac
    ac
    （填序号）．
    a．混合气体的压强不再发生变化
    b．混合气体的密度不再发生变化
    c．反应容器中N2、NH3的物质的量的比值不再发生变化
    d．单位时间内断开a个H-H键的同时形成3a个N-H键
    e．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比
    Ⅱ、能源问题是人类社会面临的重大课题，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人们对核能源的恐慌．而甲醇是未来重要的绿色能源之一．以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇．
    （1）将1.0molCH4和2.0molH2O（g）通入容积为10L的反应室，在一定条件下发生反应：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g），测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图．
    ①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率为
    0.0024mol/L?min
    0.0024mol/L?min
    ；
    ②100℃时反应的平衡常数为
    7.2×10-5（mol/L）2
    7.2×10-5（mol/L）2
    ．
    （2）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH2的混合气体在催化剂作用下发生反应CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的
    12
    ，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是
    CD
    CD
    （填字母序号）．
    A．c（H2）减小               
    B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
    C．CH3OH的物质的量增加   
    D．重新平衡时c（H2）/c（CH3OH）减小
    E．平衡常数K增大
    （3）已知：反应：4HCl（g）+O2（g）?2Cl2（g）+2H2O（g）△H=-116kJ/mol，H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）△H=-184kJ/mol
    Ⅱ．
    请回答：
    ①H2与O2反应生成气态水的热化学方程式是
    2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-484 kJ/mol
    2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H=-484 kJ/mol
    ．
    ②断开1mol H-O 键所需能量约为
    463.5
    463.5
    kJ．

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    科目：高中化学 来源： 题型：阅读理解

    （2012?万安县模拟）能源问题是人类社会面临的重大课题，日本大地震引起的核泄漏事故引起了人们对核能源的恐慌．而甲醇是未来重要的绿色能源之一．以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇．
    ①CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g）△H=+206.0kJ/mol
    ②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-129.0kJ/mol
    （l）CH4（g）与H2O（g）反应生成CH3OH（g）和H2（g）的热化学方程式为
    CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+77.0KJ/L
    CH4（g）+H2O（g）=CH3OH（g）+H2（g）△H=+77.0KJ/L
    ．
    （2）将1.0molCH4和2.0molH2O（g）通过容积为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如图1．

    ①假设100℃时达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示该反应的平均反应速率为
    0.0024mol/L?min
    0.0024mol/L?min
    ；
    ②100℃时反应I的平衡常数为
    7.2×10-5（mol/L）2
    7.2×10-5（mol/L）2
    ．
    （3）在压强为0.1MPa、温度为300℃条件下，将1.0molCO与2.0molH2的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的
    1
    2
    ，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是
    CD
    CD
    （填字母序号）．
    A．c（H2）减小               B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
    C．CH3OH的物质的量增加       D．重新平衡时
    c(H2)
    c(CH3OH)
    减小      E．平衡常数K增大
    （4）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种：
    ①甲醇蒸气重整法．该法中的一个主要反应为CH3OH（g）?CO（g）+2H2（g），此反应能自发进行的原因是：
    反应是熵增加的反应
    反应是熵增加的反应
    ．
    ②甲醇部分氧化法．在一定温度下以Ag/CeO2-ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性（选择性越大，表示生成的该物质越多）影响关系如图2所示．则当n（O2）/n（CH3OH）=0.25时，CH3OH与O2发生的主要反应方程式为
    2CH3OH+O2
    催化剂
    加热
    2HCHO+2H2O
    2CH3OH+O2
    催化剂
    加热
    2HCHO+2H2O
    ．
    （5）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化．实验室用图3装置模拟上述过程：
    ①写出阳极电极反应式
    Co2+-e-=Co3+
    Co2+-e-=Co3+
    ；
    ②写出除去甲醇的离子方程式
    6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；
    6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；
    ．

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    科目：高中化学 来源： 题型：

    能源问题是人类社会面临的重大课题．甲醇是未来重要的绿色能源之一．
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    （l）已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃烧生成 CO2和液态水时放热 22.70kJ．请写出甲醇燃烧的热化学方程式
     
    ．
    （2）由CO2和H2合成甲醇的化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）
    催化剂
    		加热
    CH3OH（g）+H2O（g）在其它条件不变的情况下，实验测得温度对反应的影响如图1所示（注：T1、T2均大于300℃）：
    ①合成甲醇反应的△H
     
    0．（填“＞”、“＜”或“=”）．
    ②平衡常数的表达式为：
     
    ．温度为T2时的平衡常数
     
    温度为T1时的平衡常数（填“＞”、“＜”或“=”）
    ③在T1温度下，将1mol CO2和 1molH2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为α，则容器内的压强与起始压强的比值为
     
    ．
    （3）利用甲醇燃料电池设计如图2所示的装置．该装置中 Pt 极为
     
    极；写出b极的电极反应式
     
    ．

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