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

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=v-v)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-10.10.20.4
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______.
antronwkj 1年前 已收到1个回答 举报

xiaoyu2010000 花朵

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解题思路:(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;
(2)依据图1写出反应的热化学方程式,依据热化学方程式计算生成0.75mol/L×2L=1.5mol乙醇放出的热量;
由图2计算用CO表示的反应速率,再利用反应速率之比等于化学计量数之比来计算氢气的反应速率,利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数;
(3)根据起始量和平衡量计算转化率,计算T2时K值,比较K1和K2判断T1和T2大小;
(4)计算此时的浓度商Qc,与平衡常数比较,判断反应进行的方向;
生产过程中,合成气要进行循环,提高原料的利用率;
(5)2CH3OH+3O2⇌2CO2+4H2O为放热反应,升高温度平衡向逆向移动,据此判断K变化;
依据氢离子的移动方向判断燃料电池的电极,负极发生氧化反应,正极发生还原反应.

(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>V
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+

点评:
本题考点: 反应热和焓变;化学电源新型电池;化学平衡建立的过程;化学平衡的影响因素.

考点点评: 本题涉及电化学、热化学以及化学反应速率和平衡的综合知识的考查,注意化学平衡常数的计算及其意义,题目难度中等.

1年前

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