Question

【題目】甲醇可作為燃料電池的原料。通過下列反應可以制備甲醇：CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H ＝－90.8 kJ·mol－1。在一容積可變的密閉容器中充入10 mol CO 和20 mol H2，CO 的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖所示，當達到平衡狀態A 時，容器的體積為20 L。

（1）T1℃反應的平衡常數為_______________。

（2）圖中P1 _______ P2（填“>”、“<”或“=”）。

（3）如反應開始時仍充入10 mol CO和20 mol H2，則在平衡狀態B時容器的體積V(B)=__________L。

（4）關于反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在化學平衡狀態B時的描述正確的是___

A．CO的含量保持不變

B．容器中CH3OH濃度與CO濃度相等

C．2v正(CH3OH)= v正(H2)

D．容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變

（5）已知CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJ·mol－1 ，試寫出由CO2和H2制取甲醇的熱化學方程式___________________________________。

（6）以CH3OH、O2、稀H2SO4組成燃料電池，寫出該電池正極的電極反應式：__。

Answer 1

【答案】4L2/mol2 < 4 AD CO2(g)+3H2(g) CH3OH ( g ) + H2O(g) △H = - 49.5kJ·mol－1 O2+4H++4e－ = 2H2O

【解析】

（1）本題考查化學平衡常數，CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g )

起始： 10 20 0

變化： 5 10 5

平衡： 5 10 5 根據化學平衡常數表達式K= = =4；（2）考查勒夏特列原理，反應前氣體系數之和大于反應后氣體系數之和，增大壓強，平衡向正反應方向移動，即CO轉化率增大，因此P2>P1；（3）考查化學平衡常數的應用，CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g )

起始： 10 20 0

變化： 8 16 8

平衡： 2 4 8 K= = =4，解得V=4L；（4）本題化學平衡狀態的判斷，A、根據化學平衡狀態的定義，組分不再改變，說明反應達到平衡，即達到平衡，CO的含量保持不變，故A正確；B、因為不清楚通入量，因此達到平衡時CH3COH濃度和CO濃度不一定相等，故B錯誤；C、用不同物質的化學反應速率表示達到平衡，要求反應方向一正一逆，且反應速率之比等于化學計量數之比，v正(CH3OH)說明反應向正反應方向進行，v正(H2)說明反應向正反應方向進行，不符合上述分析，故C錯誤；D、根據M=m/n，組分都是氣體，氣體質量不變，反應前后氣體系數之和不相等，因此M不變說明反應達到平衡，故D正確；（5）考查熱化學反應方程式的計算，①CO ( g ) + 2H2 ( g ) CH3OH ( g ) △H ＝－90.8 kJ·mol－1，②CO2(g)+H2(g) CO(g) + H2O(g) △H = + 41.3 kJ·mol－1 ，CO2＋3H2=CH3OH＋H2O，①＋②得出CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=－49.5kJ·mol－1；（6）考查電池電極反應式的書寫，根據原電池的工作原理，氧氣在正極上得電子，因為環境是酸性，因此正極反應式為： O2+4H＋+4e－ = 2H2O。