Question

（12分）甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H₂化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g) ⊿H  已知某些化学键的键能数据如下表：

化学键	C—C	C—H	H—H	C—O	C≡O	H—O
键能/kJ·mol-1	348	413	436	358	1072	463

请回答下列问题：

（1）已知CO中的C与O之间为叁键连接，该反应的⊿H=      ；

（2）某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH₂，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在250°C开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25
压强/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率=      ，该温度下平衡常数K=     ，若升高温度则K值      （填“增大”、“减小”或“不变”）；

（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是      ；

    A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变   

B、2v(H₂)_正=v(CH₃OH)_逆

    C、容器中气体的压强保持不变            

D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH₂

（4）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理示意图如右，该燃料电池的电池反应式为2CH₃OH(g)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(l)，则负极的电极反应式为      。

 

Answer 1

【答案】

（1）-116 kJ·mol^-1；（无单位得1分，下同）  （2）0.0125mol/(L·min)，4，减小

（3）AC（单选A或C得1分）                           （4）2CH₃OH－12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺

【解析】（1）反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，所以根据键能可知，该反应的反应热是1072kJmol＋2×436kJ/mol－3×413kJ/mol－358kJ/mol－463kJ/mol＝－116kJ/mol。

（2）根据方程式可知           CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

     起始量（mol）             1      2          0

转化量（mol）             x      2x         x

平衡量（mol）           1－x    2－2x       x

所以有，解得x＝0.5mol

所以CO的反应速率是

平衡常数K＝

正反应是放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，所以平衡常数减小。

（3）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。由于反应是体积减小的，所以气体的压强是减小的，而气体的平均相对分子质量是增大的，因此AC正确；B中反应速率的方向相反，但不能满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，B不正确；D中反应速率的方向是相同的，不正确，答案选AC。

（4）原电池中负极是失去电子的，所以甲醇在负极通入。由于离子交换膜允许氢离子通过，所以负极反应式是2CH₃OH－12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺。