Question

【題目】利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主反應如下：

i. CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1

ii. CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2

iii. CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g) △H3

回答下列問題：

（1）已知反應ii中的相關的化學鍵鍵能（“CO”表示CO的化學鍵）數據見表：

化學鍵	H-H	C-O	CO	H-O	C-H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	413

由此計算△H2=______________。

（2）反應i、ii、iii對應的平衡常數K1、K2、K3之間的關系式為_______________

（3）一定條件下，在2L的恒容密閉容器中充入1molCO2和2molH2發生反應i 。下圖是反應體系中CO2的平衡轉化率與溫度的關系曲線。

①△H1_____0（填“大于”或“小于”）

②當溫度為500K時，該反應10min達到平衡。0～10min時間內用CH3OH表示該反

應的化學反應速率為_____________________。

③若改充入1mol CO2和3mol H2，則圖中的曲線會_________（填“上移”或“下移”）。

（4）在3 L容積可變的密閉容器中發生反應iii，已知c(CO)與反應時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ和曲線Ⅲ。當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，改變的條件是______；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是_______。

（5）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池。以此電池作電源，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理過程（裝置如圖所示）。其中物質b是__________， 陽極電極反應為_______________。

Answer 1

【答案】 -99 kJ·mol-1 K1=K2·K3 小于 0.03mol/(L·min) 上移 加入催化劑 將容器的體積（快速）壓縮至2L 甲醇（或CH3OH） 2Al+3H2O-6e- =Al2O3 +6H+

【解析】試題分析：分析i. CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1、ii. CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2 、iii. CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g) △H3等3個反應的關系可知，i = ii + iii 。

（1）反應熱等于反應物的鍵能總和減去生成物的鍵能總和，所以，△H2=1076+436-413-343-465=-99 kJ·mol-1。

（2）因為i = ii + iii，所以，由化學平衡常數的表達式可知，反應i、ii、iii對應的平衡常數K1、K2、K3之間的關系式為K1=K2·K3。

（3）由反應體系中CO2的平衡轉化率與溫度的關系曲線可知，CO2的平衡轉化率隨著溫度的升高而減小，所以該反應為放熱反應，故①△H1小于0。②當溫度為500K時，該反應10min達到平衡。由圖中數據可知，500K時CO2的平衡轉化率為60%，則CO2的變化量為0.6mol，由該反應的化學方程式可知， CH3OH的變化量為0.6mol，所以，0～10min時間內用CH3OH表示該反應的化學反應速率為0.03mol/(L·min)。2L的恒容密閉容器中充入1molCO2和2molH2發生反應i CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

③若改充入1mol CO2和3mol H2，由于增大了H2的濃度，CO2的平衡轉化率升高，則圖中的曲線會上移。

（4）在3 L容積可變的密閉容器中發生反應iii CO2(g)+H2(g)CO (g)+H2O(g)，該反應是一個氣體分子數不變的反應。由圖可知，當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，化學反應速率加快，CO的濃度逐漸增大，但是CO的平衡濃度沒有改變，故改變的條件是加入催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，化學反應速率加快，CO的濃度由2mol/L突然增大到3mol/L，故改變的條件是將容器的體積（快速）壓縮至2L。

（5）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池。以此電池作電源，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理過程。根據實驗目的，鋁應作陽極，故a是氧氣、b是甲醇，陽極上鋁被氧化為氧化鋁，電極反應為2Al+3H2O-6e- =Al2O3 +6H+。