甲醇是一種新型燃料,甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業(yè)化生產.工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇,該反
來源:新能源網(wǎng)
時間:2024-08-17 11:27:41
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甲醇是一種新型燃料,甲醇燃料電池即將從實驗室走向工業(yè)化生產.工業(yè)上一般以CO和H2為原料合成甲醇,該反【專家解說】:(1)a、由于恒壓、恒溫密閉容器中,容器的容積隨著氣體的物質的量
【專家解說】:(1)a、由于恒壓、恒溫密閉容器中,容器的容積隨著氣體的物質的量變化而變化,反應兩邊都是氣體,氣體的質量不變,所以密度不變,說明各組分的物質的量不再變化,正逆反應速率相等,達到了平衡狀態(tài),故a正確;
b、該反應的反應熱是定值,不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù),故b錯誤;
c、正反應速率不變,不能判斷正逆反應速率是否相等,無法判斷是否達到了平衡狀態(tài),故c錯誤;
d、CO的轉化率不變,表明一氧化碳的生成速率和消耗速率相等,達到了平衡狀態(tài),故d正確;
化學平衡常數(shù)與溫度有關,溫度不變,化學下平衡常數(shù)不會變化;
反應10s后CO的物質的量為l.2mol,消耗的一氧化碳的物質的量為:2mol-1.2mol=0.8mol,根據(jù)反應計量數(shù)關系,消耗的氫氣的物質的量為:1.6mol,
0~10s的平均反應速率v(H2)=1.6mol2L10s=0.08mol/(L?s),
故答案為:ad;不變;0.08mol/(L?s);
(2)①反應CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-116kJ?mol-1,正反應為吸熱反應,升高溫度,化學平衡向著逆向移動,一氧化碳的轉化率會減小,曲線X中一氧化碳的轉化率最高,說明溫度是最低的,即溫度為230℃,
故答案為:230℃;
②利用圖1中a點時,n(H2)/n(CO)=1.5,一氧化碳的轉化率為50%,加入的一氧化碳的物質的量為2mol,所以氫氣的物質的量為3mol,
反應消耗了一氧化碳的物質的量為:2mol×50%=1mol,分解反應方程式可知,同時會消耗2mol氫氣、生成1mol甲醇,
達到平衡時各組分的濃度分別為:c(CO)=2mol?1mol2L=0.5mol/L,c(H2)=3mol?2mol2L=0.5mol/L,c(CH3OH)=1mol2L=0.5mol/L,
曲線Z在對應溫度下CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=0.50.5×0.52=4,
故答案為:4;
(3)①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-116kJ?mol-1,
②CO(g)+12O2(g)=CO2(g);△H2=-283kJ?mol-1,
③H2(g)+12O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJ?mol-1,
根據(jù)蓋斯定律,將②-①+③×2可得:CH3OH(g)+32O2=CO2(g)+H2O(g)△H=-651kJ?mol-1,
故答案為:CH3OH(g)+32O2=CO2(g)+H2O(g)△H=-651kJ?mol-1;
(4)根據(jù)圖2可知,該原電池的燃料為乙醇和氧氣,生成物乙酸和水,電解質為酸性溶液,原電池負極失去電子發(fā)生了氧化反應,所以負極反應為乙醇失去電子生成乙酸,電極反應為:CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+,
故答案為:CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+.
b、該反應的反應熱是定值,不能作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù),故b錯誤;
c、正反應速率不變,不能判斷正逆反應速率是否相等,無法判斷是否達到了平衡狀態(tài),故c錯誤;
d、CO的轉化率不變,表明一氧化碳的生成速率和消耗速率相等,達到了平衡狀態(tài),故d正確;
化學平衡常數(shù)與溫度有關,溫度不變,化學下平衡常數(shù)不會變化;
反應10s后CO的物質的量為l.2mol,消耗的一氧化碳的物質的量為:2mol-1.2mol=0.8mol,根據(jù)反應計量數(shù)關系,消耗的氫氣的物質的量為:1.6mol,
0~10s的平均反應速率v(H2)=1.6mol2L10s=0.08mol/(L?s),
故答案為:ad;不變;0.08mol/(L?s);
(2)①反應CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-116kJ?mol-1,正反應為吸熱反應,升高溫度,化學平衡向著逆向移動,一氧化碳的轉化率會減小,曲線X中一氧化碳的轉化率最高,說明溫度是最低的,即溫度為230℃,
故答案為:230℃;
②利用圖1中a點時,n(H2)/n(CO)=1.5,一氧化碳的轉化率為50%,加入的一氧化碳的物質的量為2mol,所以氫氣的物質的量為3mol,
反應消耗了一氧化碳的物質的量為:2mol×50%=1mol,分解反應方程式可知,同時會消耗2mol氫氣、生成1mol甲醇,
達到平衡時各組分的濃度分別為:c(CO)=2mol?1mol2L=0.5mol/L,c(H2)=3mol?2mol2L=0.5mol/L,c(CH3OH)=1mol2L=0.5mol/L,
曲線Z在對應溫度下CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)的平衡常數(shù)K=0.50.5×0.52=4,
故答案為:4;
(3)①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-116kJ?mol-1,
②CO(g)+12O2(g)=CO2(g);△H2=-283kJ?mol-1,
③H2(g)+12O2(g)=H2O(g)△H3=-242kJ?mol-1,
根據(jù)蓋斯定律,將②-①+③×2可得:CH3OH(g)+32O2=CO2(g)+H2O(g)△H=-651kJ?mol-1,
故答案為:CH3OH(g)+32O2=CO2(g)+H2O(g)△H=-651kJ?mol-1;
(4)根據(jù)圖2可知,該原電池的燃料為乙醇和氧氣,生成物乙酸和水,電解質為酸性溶液,原電池負極失去電子發(fā)生了氧化反應,所以負極反應為乙醇失去電子生成乙酸,電極反應為:CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+,
故答案為:CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+.
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