Question

【題目】(1)甲醇一空氣燃料電池(DMFC)是一種高效能、輕污染的車載電池，其工作原理如圖甲所示，該電池中正極的電極反應式為_____。

(2)工業上合成甲醇一般采用下列反應：，，圖乙是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(K)：

①由圖中數據判斷a_______0(填“＞”“＝”或“＜”)。

②某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L的恒容密閉容器中，充分反應達到平衡后，測得c(CO)＝0.5mol·L－1，則此時的溫度為________℃。

(3)T℃時，在恒容密閉容器中發生反應：，各物質的濃度變化如圖丙所示：

①反應從0min到3min之間，CH3OH的反應速率為________________。

②CO在0～1min和1～3min時平均反應速率[平均反應速率分別以v(0～1)，v(1～3)表示]的大小為_____________________________。

(4)目前工業上有一種方法是用CO2和H2在230℃、催化劑條件下轉化生成甲醇蒸氣和水蒸氣。圖丁表示恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2反應時轉化率達80％的能量變化示意圖。寫出該反應的熱化學方程式：_________________________________。

Answer 1

【答案】O2+4e-+4H+=2H2O ＜ 310℃ 0.2mol/（L·min） ＞ CO2+3H2＝CH3OH+H2O H=-49kJ/mol

【解析】

(1)根據圖像可知，正極上氧氣得電子，與質子結合生成水；

(2)根據圖像信息，確定K及溫度的關系進行計算；

(3)①根據圖像可知，0～3mim時甲醇的濃度變化為0.6mol/L；

②CO為反應物，開始濃度大，反應速率快，平均值也快，隨反應的進行濃度逐漸減小，反應速率減慢，平均值降低；

(4)反應方程式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O，根據參加反應的二氧化碳的物質的量計算焓變。

(1)根據圖像可知，正極上氧氣得電子，與質子結合生成水，電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O；

(2)①根據圖乙可知，升高溫度，K減小，平衡逆向移動，則逆向反應為吸熱反應，正方應放熱，H＜0；

② CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

初始（mol）：2 6 0

反應（mol）：1 2 1

平衡（mol）：1 4 1

K=0.5/（22×0.5）=0.25，溫度為310℃；

(3)①根據圖像可知，0～3mim時甲醇的濃度變化為0.6mol/L，v（CH3OH）=0.6mol/L÷3min=0.2mol/（L·min）；

②CO為反應物，開始濃度大，反應速率快，平均值也快，隨反應的進行濃度逐漸減小，反應速率減慢，平均值降低，則v(0～1)＞v(1～3)；

(4)反應方程式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O，二氧化碳為0.5mol，轉化率為80％，則參加反應的物質的量為0.4mol，釋放的熱量為23 kJ-3.4 kJ=19.6kJ，因此1mol時釋放19.6kJ÷0.4＝49kJ，則H=-49kJ/mol，因此該反應的熱化學方程式為CO2+3H2＝CH3OH+H2O H=-49kJ/mol。