研究和开发CO2和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题.
(1)CO可用于合成甲醇.在体积可变的密闭容器中充入4mol CO和8mol H2,在催化剂作用下合成甲醇:CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
(Ⅰ)平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示:
①该反应的逆反应属于______反应;(填“吸热”或“放热”).
②在0.1Mpa、100℃的条件下,该反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的______倍.(结果保留两位小数点)
③在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入4mol CO,8mol H2,达到平衡时CO转化率______(填“增大”,“不变”或“减小”),平衡常数K______(填“增大”,“不变”或“减小”).
(2)在反应(Ⅰ)中需要用到H2做反应物,以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法.已知:
CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ•mol-1
CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJ•mol-1
则CH4和H2O(g)反应生成CO2和H2的热化学方程式为:______.
(3)在反应(Ⅰ)中制得的CH3OH即可以做燃料,还可以与氧气组成碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液.则该燃料电池放电时:负极的电极反应式为______.
(1)①图象分析,一氧化碳的转化率随温度升高减小,正反应为放热反应,逆反应为吸热反应;
故答案为:吸热;
②0.1Mpa、100℃的条件下,一氧化碳的转化率为0.5,消耗一氧化碳物质的量为4mol×0.5=2mol,依据平衡三段式得到;
CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)
起始量(mol) 4 8 0
变化量(mol) 2 4 2
平衡量(mol) 2 4 2
则反应达到平衡时容器体积和开始容器体积之比:V(平):V(起)=n(平):n(起)=8:12=0.67
反应达到平衡时容器体积为开始容器体积的0.67倍;
故答案为:0.67;
③在温度和容积不变的情况下,再向平衡体系中充入4mol CO,8mol H2,为保持恒压体积增大,最后达到平衡状态和原来平衡状态相同,达到平衡时CO转化率不变;平衡常数随温度变化,温度不变,平衡常数不变;
故答案为:不变,不变;
(4)①CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=+206.2kJ•mol-1
②CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)△H=+247.4kJ•mol-1
依据盖斯定律计算,①×2-②则CH4和H2O(g)反应生成CO2和H2的热化学方程式为CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ•mol-1;
故答案为:CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=+165.0kJ•mol-1;
(5)CH3OH即可以做燃料,还可以与氧气组成碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液.则该燃料电池放电时是原电池,负极上是甲醇失电子发生氧化还原反应生成碳酸盐,反应的电极反应式为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;
故答案为:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O;