Question

甲醇是一种可再生能源，在日常生活中有着广泛的应用．工业上用CO生产燃料甲醇，如：CO（g）+2H2（g）?CH3

甲醇是一种可再生能源，在日常生活中有着广泛的应用．工业上用CO生产燃料甲醇，如：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的浓度随时间变化．请回答下列问题：（1）图表示使用和未使用催化剂时反应过程和能量的对应关系．下列有关催化剂的说法不正确是______A．降低分子的能量　　　　　　B．增加了活化分子数C．提高了活化分子百分数　　　D．增加了单位体积内的活化分子数（2）从反应开始到建立平衡，用H2表示的净反应平均速率（v净=v正-v逆）v（H2）=______，该过程中释放______kJ热量．该温度T1℃下CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）的化学平衡常数为______（填具体数值）．（3）在T2℃下，将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，达平衡后，测得c（CO）=0.2mol?L-1，则CO的转化率为______．比较：T2______T1 （填“＞”、“＜”或“=”）．（4）合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔，在催化剂作用下，通过反应进行甲醇合成，T3℃下此反应的平衡常数为160．此温度下，在密闭容器中加入CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：物质COH2CH3OH浓度/（mol?L-1）0.10.20.4比较此时正、逆反应速率的大小：v正______v逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．生产过程中，合成气要进行循环，其目的是______．（5）如图3为常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图如．电池总反应为2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O．在电脑的使用过程中，电池的温度往往因为各种原因会升高，试判断温度升高时该反应的平衡常数K将______（填：“增大”、“减小”或“不变”）．温度升高______（填：“有利”或“不利于”）电池将化学能转化为电能．该装置中______（填：“a”或“b”）为电池的负极，该电极反应式为______．

Answer 1

（1）使用催化剂通过改变反应的历程，降低反应的活化能，增加了活化分子数目及其百分含量而加快反应速率；
故选：A；
（2）依据图1写出反应的热化学方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-91KJ/mol，
依据图2可知反应达到平衡时生成乙醇1.5mol，反应热为：-91KJ/mol×1.5mol=-136.5KJ/mol，放出热量136.5KJ；
由图2可知，反应中减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min时达到平衡，
所以V（CO）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，反应速率之比等于化学计量数之比，所以V（H₂）=2V（CO）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
依据方程式：
     CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）
开始 1mol/L     2mol/L              0
转化 0.75mol/L   1.5mol/L        0.75mol/L
平衡 0.25mol/L   0.5mol/L         0.75mol/L
所以该反应的化学平衡常数K=

0.75mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=12 L²?mol^-2，
故答案为：0.15mol?L^-1?min^-1；136.5；12 （L²?mol^-2）；
（3）达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，
所以CO的转化率为

1.6mol

2.0mol

×100%=80%，
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1mol/L   3mol/L      0
转化：0.8mol/L  1.6mol/L 0.8mol/L
平衡：0.2mol/L  1.4mol/L 0.8mol/L
则K′=

0.8mol/L

0.2mol/L×(1.4mol/L)2

=2.041（mol/L）^-2，
反应为放热反应，K＞K′，温度升高平衡向逆向移动，所以T₂＞T₁；
故答案为：80%；＞；
（4）由表中数据可知，10min时氢气的浓度为0.2mol/L、CO的浓度为0.1mol/L、甲醇的浓度为0.4mol/L，则此时的浓度商Qc=

0.4

0．22×0.1

=100，小于平衡常数160，故反应向正反应方向进行，故V_正＞V_逆；
生产过程中，合成气要进行循环，提高原料的利用率；
故答案为：＞；提高原料利用率；
（5）2CH₃OH+3O₂?2CO₂+4H₂O为放热反应，升高温度平衡向逆向移动，该反应的平衡常数K将减小，不利用电池将化学能转化为电能；
依据氢离子移向可知b电极为正极，a电极为负极，负极发生氧化反应，甲醇在b极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
故答案为：减小；不利；a；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺．