甲醇既是重要的化工原料,又可作为燃料,以CO2为原料在催化剂作用下合成甲醇,有如下可能发生的反应。回答下列问题:
(1)CO2与氢气或水蒸气反应均能制得甲醇,相关数据如下表,实际生产中应选用 AA反应(填A或B);原因是 反应A是熵减的放热反应,则在低温下能够自发进行,而反应B是一个熵减的吸热反应,在任何温度下均不能自发进行,而且反应A的平衡常数大于反应B的平衡常数反应A是熵减的放热反应,则在低温下能够自发进行,而反应B是一个熵减的吸热反应,在任何温度下均不能自发进行,而且反应A的平衡常数大于反应B的平衡常数。
反应(25°C、101kPa) | ΔH/kJ•mol-1 | ΔS/J•mol-1•K-1 | K |
A:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) | -48.97 | -177.16 | 6.8×10-3 |
B:CO2(g)+2H2O(g)⇌CH3OH(g)+ 3 2 |
+676.48 | -43.87 | <1.0×10-5 |
该反应一般认为通过如下步骤来实现:
①CO2(g)+H2(g)═CO(g)+H2O(g) ΔH1=+41kJ•mol-1
②CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)↓ ΔH2=
-90
-90
kJ•mol-1若反应①为慢反应(慢反应的活化能较高),图1中能体现上述反应能量变化的是
A
A
(填标号)。
(3)在溶积为2L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变得情况下,考察温度对反应的影响,实验结果图16-2所示(注:T1、T2均大于300°C);

下列说法正确的是
③④
③④
(填序号)。①温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)=
n
A
t
A
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应增大
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时=
n
(
H
2
)
n
(
C
H
3
OH
)
(4)甲醇燃料电池(图3),具备低温快速启动、燃料洁净环保以及电池结构简单等优点。使得甲醇燃料电池可能成为未来便携式电子产品应用的主流。
①在图3中用箭头画出电子转移方向


②写出电池负极电极反应式
CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+
。

【答案】A;反应A是熵减的放热反应,则在低温下能够自发进行,而反应B是一个熵减的吸热反应,在任何温度下均不能自发进行,而且反应A的平衡常数大于反应B的平衡常数;-90;A;③④;
;CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+;


【解答】
【点评】
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②以下有关说法正确的是
a.恒温、恒容条件下,容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b.一定条件下,H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c.使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH的产率
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则:CH3OH(1)+O2(g)=CO(g)+2H2O(1)△H=
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