甲醇是一种很好的燃料,被称为21世纪的新型燃料.

甲醇是一种很好的燃料,被称为21世纪的新型燃料.
工业上可通过H2和CO化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为:
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H1=-116kJ•molˉ1
(1)已知:CO(g)+[1/2]O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ•molˉ1
H2(g)+[1/2]O2(g)=H2O (g)△H3=-242kJ•molˉ1
1mol甲醇燃烧生成CO2和水蒸气放出______kJ的热量.
(2)在压强为0.1MPa条件下,将a mol CO与 3a mol H2的混合气体在催化剂作用下在VL容器中制备甲醇.
①若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是______.
A.升高温度 B.将CH3OH(g)从体系中分离
C.充入He,使体系总压强增大D.再充入1mol CO和3mol H2
②为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中.
实验编号 T(℃) n(CO)/n(H2 P(MPa)
1 150 1/3 0.1
2 a 1/3 5
3 350 b 5
A.则上表中剩余的实验条件数据:a=______、b=______.
B.根据反应特点,右上图是在压强分别为0.1MPa和5MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图,请指明图中的压强P1=______MPa.
③100℃时,CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)反应的平衡常数为
4a2
V2
4a2
V2

(用含a、V的代数式表示).
(3)科学家预言,燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径,而甲醇燃料电池具备甲醇燃料容易携带、容易存储等优点,目前被认为将会替代传统的电池成为携带型设备的主要电源.右图是甲醇的质子交换膜型燃料电池模型.写出其电极反应式
正极:______
负极:______.
猫猫mw 1年前 已收到1个回答 举报

yisu9999 幼苗

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解题思路:(1)根据已知反应和目标反应,利用盖斯定律来计算反应热;
(2)①反应CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)向正向移动,则可增加甲醇产率;
②由图可知,横坐标为温度,纵坐标为CO的转化率,P1、P2为两种不同的压强,以此来分析实验数据;
③化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比;
(3)由甲醇的质子交换膜型燃料电池模型图可知,负极甲醇参与反应,正极氧气参与反应,且H+能通过交换膜,以此来书写电极反应式.

(1)由①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)△H1=-116kJ•mol-1
②CO(g)+[1/2]O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ•mol-1
③H2(g)+[1/2]O2(g)=H2O (g)△H3=-242kJ•mol-1
根据盖斯定律可知,②+③×2-①可得CH3OH(g)+[3/2]O2(g)=CO2(g)+2H2O (g),
则△H=(-283kJ•mol-1)+(-242kJ•mol-1)×2-(-116kJ•mol-1)=-651kJ•mol-1
即1mol甲醇燃烧生成CO2和水蒸气放出651kJ的热量,故答案为:651;
(2)①对于CO+2H2 CH3OH,为放热反应,
A.升高温度,化学平衡逆向移动,则甲醇的产率降低,故A错误;
B.将CH3OH(g)从体系中分离,能使反应正向移动,甲醇的产率增大,故B正确;
C.充入He,使体系总压强增大,容积不变,则反应体系中各物质的浓度不变,化学平衡不移动,产率不变,故C错误;
D.再充入1molCO和3molH2,反应物的浓度增大,反应正向移动,甲醇的产率增大,故D正确;
故答案为:BD;
②A.因图中横坐标为温度,纵坐标为CO的转化率,P1、P2为两种不同的压强,则实验中n(CO)/n(H2)相同,即b=1/3,为便于比较,则实验1和实验2的温度应相同,压强不同,即a=150,故答案为;150;1/3;
B.由图可知,相同温度时,P1对应的CO的转化率降低,则P1为0.1MPa,故答案为:0.1;
③100℃时,CO的转化率为0.5,则
CO+2H2 CH3OH,
开始 a 3a 0
转化0.5a a 0.5a
平衡0.5a 2a 0.5a
则K=

0.5a
V

0.5a

(2a)2
V2=
V2
4a2,
与CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)互为逆反应,
则化学平衡常数互为倒数,即100℃时,CH3OH(g) CO(g)+2H2(g)反应的平衡常数为为
4a2
V2,
故答案为:
4a2
V2;
(3)由甲醇的质子交换膜型燃料电池模型图可知,负极甲醇参与反应,正极氧气参与反应,且H+能通过交换膜,
则正极反应式为3O2+12e-+12H+→6H2O,负极反应式为2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2
故答案为:3O2+12e-+12H+→6H2O;2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2

点评:
本题考点: 用盖斯定律进行有关反应热的计算;电极反应和电池反应方程式;化学平衡的影响因素;转化率随温度、压强的变化曲线.

考点点评: 本题综合性较强,难度较大,注重了对化学反应与能量、化学平衡及平衡计算、电化学等高考考点的考查,对学生能力的要求较高,(2)是学生解答的易错点,体现学生分析问题、解答问题的能力.

1年前

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