Question

【题目】开发新能源是解决环境污染的重要举措，其中甲醇、甲烷是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。

(1)已知：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)

ΔH1＝－1 274.0 kJ/mol

②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2＝－566.0 kJ/mol

③H2O(g)===H2O(l) ΔH3＝－44 kJ/mol

甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为___________________________。

(2)生产甲醇的原料CO和H2可由反应CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH>0得到。

①一定条件下CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图。则p1________p2(填“<”、“>”或“＝”)。A、B、C三点处对应平衡常数(KA、KB、KC)的大小顺序为________________。

②100 ℃时，将1 mol CH4和2 mol H2O通入容积为1 L的定容密闭容器中发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是________(填序号)。

a．容器的压强恒定

b．容器内气体密度恒定

c．3v正(CH4)＝v逆(H2)

d．单位时间内消耗0.1 mol CH4同时生成0.3 mol H2

(3)甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图所示，通入a气体的电极是原电池的________极(填“正”或“负”)，其电极反应式为______________________________。

Answer 1

【答案】(1)CH3OH(l)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－442 kJ/mol

(2)①< KA<KB<KC ②ac (3)负 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

【解析】(1)依据盖斯定律，由(①－②＋4×③)÷2得：CH3OH(l) ＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l) ΔH＝－442 kJ/mol。(2)①由图可知温度相同，压强为p1时CH4的转化率高于压强为p2时CH4的转化率，该反应为气体分子数增大的反应，减小压强平衡正向移动，则p1<p2。该反应为吸热反应，升高温度平衡右移，平衡常数增大，故KA<KB<KC。②a项，该反应为反应前后气体分子数不相等的反应，容器的压强恒定说明反应达到平衡状态；b项，由于容器体积不变且反应前后气体总质量不变，故容器内气体密度为一定值，b项不能说明反应达到平衡状态；c项说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态；d项描述的是同一反应方向上CH4和H2的物质的量的变化情况，任意时刻均成立，不能说明反应达到平衡状态。(3)根据H＋和电子的移动方向知，通入a气体的电极为负极、通入b的电极为正极，图中交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，负极发生氧化反应，其电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。