Question

【題目】以天然氣為原料合成甲醇。有關熱化學方程式如下:

①2CH4(g)+O2(g) 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-70.8 kJ·mol-1

②CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2

③2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g) ΔH3=-251.0 kJ·mol-1

(1)ΔH2=____kJ·mol-1。

(2)在體積可變的密閉容器中投入1 mol CO和2 mol H2,在不同條件下發生反應:CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。實驗測得平衡時CH3OH的物質的量隨溫度、壓強的變化如圖1所示。

①M點時,H2的轉化率為____；壓強:p1____(填“>”“<”或“=”)p2。

②反應速率:N點v正(CO)____(填“>”“<”或“=”)M點v逆(CO)。

③若壓強為p1、在1 L恒容密閉容器中進行上述反應(起始投料不變),在不同溫度下上述反應的平衡常數的對數(lg K)如圖2所示。則溫度為506 K時,平衡常數K=____(保留三位小數),B、C、D、E四點中能正確表示該反應的lg K與T的關系的點為____。

④在2 L恒容密閉容器中充入a(a>0) mol H2、2 mol CO和7.4 mol CH3OH(g),在506 K下進行上述反應。為了使該反應逆向進行,a的范圍為________。

(3)某甲醇-空氣燃料電池以KOH溶液為電解質溶液。當KOH全部轉化成KHCO3時停止放電,寫出此時負極的電極反應式________________________________。

Answer 1

【答案】 -90.1 25% > < 0.148 BE 0<a<10 CH3OH-6e-+7OH- HCO3-+5H2O

【解析】(1) ①2CH4(g)+O2(g)= 2CO(g)+4H2(g) ΔH1=-70.8 kJ·mol-1，③2CH4(g)+O2(g) 2CH3OH(g) ΔH3=-251.0 kJ·mol-1，根據蓋斯定律，將(③-①)×得：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)ΔH2=×[(-251.0 kJ·mol-1)-(-70.8 kJ·mol-1)]= -90.1 kJ·mol-1，故答案為：-90.1；

(2)①根據圖像，M點時，生成的甲醇為0.25mol，則反應的H2為0.5mol，H2的轉化率=×100%=25%；根據反應方程式CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)，增大壓強，平衡正向移動，甲醇的物質的量增大，因此p1＞p2，故答案為：25%；>；

②其他條件相同時，壓強越大，反應速率越快，反應速率:N點v正(CO)＜M點v逆(CO) ，故答案為：＜；

③根據圖像1，壓強為p1時，平衡時甲醇為0.25mol，則CO為1mol-0.25mol=0.75mol，H2為2mol-0.25mol×2=1.5mol，平衡常數K==0.148；該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，K減小，lg K減小，符合條件的點有BE，故答案為：0.148；BE；

④為了使該反應逆向進行，需要滿足Qc大于K，即＞，因此a＜10，故答案為：0<a<10；

(3) 甲醇-空氣燃料電池以KOH溶液為電解質溶液。當KOH全部轉化成KHCO3時停止放電，此時負極上甲醇發生氧化反應生成HCO3-，電極反應式為CH3OH-6e-+7OH-= HCO3-+5H2O，故答案為：CH3OH-6e-+7OH-= HCO3-+5H2O。