问题 填空题

甲醇是一种常用的燃料,工业上可以用CO和H2在一定条件下合成甲醇。

(1)已知CO(g)、H2(g)、CH3OH(1)的燃烧热△H分别为:-283.0kJ/mol、-285.8 kJ/mol、-726.5kJ/mol,则CO合成甲醇的热化学方程式为:                     

(2)在恒容密闭容器中CO与H2发生反应生成甲醇,各物质浓度在不同条件下的变化状况如图所示(开始时氢气的浓度曲线和8分钟后甲醇的浓度曲线未画出。4分钟和8分钟改变的条件不同):   

①下列说法正确的是       

A.起始时n(H2)为1.7mol

B.当容器内压强恒定时,说明反应达到平衡状态

C.4分钟时,改变的条件是升高温度

D.7分钟时,v(CO)=v(CH­3OH)②计算0~2min内平均反应速率v(H2)=        

③在3min时该反应的平衡常数K=      (计算结果)

④在图中画出8~12min之间c(CH3OH)曲线   

(2)2009年,中国在甲醇燃料电池技术上获得突破,组装了自呼吸电池及主动式电堆,其装置原理如图甲。

①该电池的负极反应式为:                    

②乙池是一铝制品表面“钝化”装置,两极分别为铝制品和石墨。

M电极的材料是               ,该铝制品表面“钝化”时的反应式为:                       

答案

化学反应式或方程式未配平的均扣1分

(1)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) △H=-128.1kJ/mol (2分,方程式1分,反应热2分,状态错误扣1分,计量数错误不得分。)

(2) ① BD (2分,少选扣1分,有错选不得分)

② 0.4mol/(L·min) 或6.67×10-3 mol·L-1·s-1(2分,无单位不得分)  

③ 0.99 (2分,数值在1.0~0.98之间均得分,写成“”或“” 得1分,单位不做要求。)

(3)① CH3OH-6e+H2O=CO2↑+6 H (2分,无“↑”或计量数不是最简不扣分;其他书写不得分。)

② 铝制品(1分,写“Al”或“铝”均可,其他书写不得分)   

2Al-6e+6HCO3=Al2O3+6CO2↑+3H2O(3分,或“Al-3e=Al3,Al3+3HCO3=Al(OH)3↓+3CO2↑,2Al(OH)3=Al2O3+3H2O”各1分,无“↑”或计量数不是最简不扣分;其他书写不得分。)

题目分析:(1)先写出三种物质的燃烧热的热化学方程式。

① CO(g)  △H1=-283.0kJ/mol

②  H2(g)+     △H2=-285.8 kJ/mol

③  CH3OH(1)+    △H3=-726.5kJ/mol

再写出目标方程式:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)   △H4

根据盖斯定律, ①+②×2-③即得到目标方程式。 △H4= △H1+△H2×2-△H3=-128.1kJ/mol

根据图像:            CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)

起始:(mol/L)         0.9      x         0

0-2min(mol/L)      —0.4   —0.8       0.4

2-4min(mol/L)(平衡)  0.5      0.9       0.4

4-6min(mol/L)      —0.2   —0.4       0.2

6-8min(mol/L)(平衡)  0.3      0.5       0.6

8-10min(mol/L)     —0.1    —0.2      0.1  

10-12min(mol/L)(平衡)0.2      0.3       y

①A项,起始时浓度x=C(H2)为1.7mol/L,容器体积未知,所以物质的量也未知,A项错误。

B项,该容器是一个恒容的容器,反应是一个非等体积反应,因此当气体的总物质的量不再改变,即压强不再改变,反应即达到平衡状态,正确。

C项,4min时,平衡向右移,并且各物质的浓度是逐渐变化,所以应该是降温的条件下,C项错误。

D项,7min时,反应再次达到平衡,此时v(CO)=v(CH3OH),D项正确。

②0~2min内平均反应速率v(H2)=="0.4" mol·L-1·min-1

③在3min时该反应的平衡常数

④在第8min时,CO的浓度减少0.1mol·L-1,H2的浓度减少0.2mol·L-1,可知平衡在向右移动,CO和H2的浓度都是逐渐变小,而此时的条件和上次平衡移动的条件不相同,所以只能是减少甲醇的浓度,才能使平衡向右移动,即在平衡移动的瞬间,甲醇的浓度是很少的,应该要低于0.05mol·L-1,然后再增加0.1mol·L-1,在第10min平衡,并且浓度y不超过0.15mol·L-1

(3)该装置中甲是一个燃料电池装置,给右边的装置乙提供电能,乙装置是一个电解池装置。

①甲中质子移向右边,从而推知甲装置左是负极,右是正极,则乙装置中M是阳极,N是阴极。甲中电池的负极反应式为:CH3OH-6e+H2O=CO2↑+6 H 要注意电解质溶液质子在进行传递。

②乙池是一铝制品表面“钝化”装置,两极分别为铝制品和石墨。则阳极M材料是铝制品,阴极N材料是石墨。在铝表面钝化,即把铝变成Al2O3,同时考虑溶液中溶质为NaHCO3,则电极反应为:2Al-6e+6HCO3=Al2O3+6CO2↑+3H2O

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