Question

【題目】甲醇既是重要的化工原料，又是電動公交車的清潔能源，利用水煤氣在一定條件下含成甲醇，發生的反應為：CO (g) +2H2(g)CH3OH(l) △H=?

（1）己知CO、H2、CH3OH的燃燒熱分別為283.0kJ/mol，285.8kJ/mol，726.5kJ/mol 則△H=______。

（2）在一容積為2L的恒容密閉容器中加入0.2mol CO和0.4mol H2，發生如下反應：CO (g) +2H2(g)CH3OH(g)，實驗測得T1℃和T2℃下，甲醇的物質的量隨時間的變化如下表所示，下列說法正確的是

①由上述數據可以判斷：T1℃_____T2℃

②T1℃時，0～20minH2的平均反應速率v(H2)=_________。

③該反應T1℃達到平衡后，為同時提高反應速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是_____(選填編號）。

A.改用高效催化劑 B.升高溫度 C.縮小容器體積 D.分離出甲醇 E.增加CO的濃度

（3）若保持T1℃不變，起始時加入CO、H2、CH3OH的物質的量分別為amol、bmol、cmol，達到平衡時，仍與原平衡等效，則a、b、c應該滿足的條件___________。

（4）當反應在T1℃達到20min時，控制體積不變，迅速將0.02molCO，0.04molH2，0.18molCH3OH同時投入體系中，后在恒壓條件下，反應在40min時達到平衡，請在圖中畫出2040min內容器中 H2濃度的變化趨勢曲線：___________

（5）在以CH3OH(l)為燃料的燃料電池中，電解質溶液為酸性，則負極的電極反應式為__________；理想狀態下，該燃料電池消耗2mol甲醇所能產生的最大電能為1162.4kJ，則該燃料電池的理論效率為______。（燃料電池的理論效率是指電池所產生的最大電能與燃料電池反應所能釋放的全部能量之比）

Answer 1

【答案】 -128.1kJ/mol < 0.006mol/(L·min) C、E a+c=0.2，b+c/2=0.4 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 80%

【解析】本題考查蓋斯定律的應用、化學反應速率的計算和影響因素，等效平衡以及影響平衡的因素，化學圖像和燃料電池等知識，利用基礎知識解答。

（1）因為CO、H2、CH3OH的燃燒熱分別為283.0kJ/mol，285.8kJ/mol，726.5kJ/mol，所以①CO(g)+ O2(g)=CO2(g) △H=-283.0kJ/mol、②H2(g)+ O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol、③CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H=-726.5kJ/mol，根據蓋斯定律，①+2×②-③得CO (g) +2H2(g) CH3OH(l)的△H=-283.0kJ/mol-285.8kJ/mol×2+726.5kJ/mol=-128.1kJ/mol。

（2）①根據上述分析，CO和氫氣反應生成甲醇的反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，達平衡時甲醇的物質的量減少，再根據表格提供的數據可判斷，T1℃<T2℃；②T1℃時，0～20min時生成甲醇0.120mol，則反應掉氫氣0.240mol，所以H2的平均反應速率v(H2)=0.240mol÷(2L×20min)=0.006mol/(L·min)；③A.改用高效催化劑只能加快反應速率，不能改變平衡，故A錯誤；B.升高溫度，平衡逆向移動，甲醇的生成量減少，故B錯誤；C.縮小容器體積 ，增大壓強，平衡正向移動，反應速率加快且甲醇的生成量增加，故C正確；D.分離出甲醇導致化學反應速率減慢，故D錯誤； E.增加CO的濃度，平衡正向移動，反應速率加快且甲醇的生成量增加，故E正確；故選CE。

（3）在一容積為2L的恒容密閉容器中，原平衡起始加入0.2mol CO和0.4mol H2，根據等效平衡理論，將生成物全部轉移到左邊，使得左邊反應物CO為0.2mol，氫氣為0.4mol，就能得到等效平衡，所以保持T1℃不變，起始時加入CO、H2、CH3OH的物質的量分別為amol、bmol、cmol，達到平衡時，仍與原平衡等效，a、b、c滿足的條件為a+c=0.2，b+c/2=0.4。

（4）根據題給數據，20min時氫氣的濃度為0.5mol/L，起始加入0.2mol CO和0.4mol H2，20min時再加入0.02molCO，0.04molH2，0.18molCH3OH，相當于加入0.2molCO和0.4mol氫氣，在恒壓條件下，反應在40min時達到平衡，與原平衡是等效平衡，平衡時氫氣的濃度為0.02mol/L，所以2040min內容器中 H2濃度的變化趨勢曲線為。

（5）酸性條件下甲醇燃料電池的總反應式為：CH3OH+O2═CO2+2H2①，酸性條件下該燃料電池的正極反應式為O2+6H++6e-═3H2②，①-②得電池負極反應式為：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ ；該燃料電池的理論效率為1162.4÷（726.5×2）×100%=80%。