解题思路:(1)根据已知反应和目标反应,利用盖斯定律来计算反应热;
(2)①反应CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)向正向移动,则可增加甲醇产率;
②由图可知,横坐标为温度,纵坐标为CO的转化率,P1、P2为两种不同的压强,以此来分析实验数据;
③化学平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比;
(3)由甲醇的质子交换膜型燃料电池模型图可知,负极甲醇参与反应,正极氧气参与反应,且H+能通过交换膜,以此来书写电极反应式.
(1)由①CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)△H1=-116kJ•mol-1,
②CO(g)+[1/2]O2(g)=CO2(g)△H2=-283kJ•mol-1,
③H2(g)+[1/2]O2(g)=H2O (g)△H3=-242kJ•mol-1,
根据盖斯定律可知,②+③×2-①可得CH3OH(g)+[3/2]O2(g)=CO2(g)+2H2O (g),
则△H=(-283kJ•mol-1)+(-242kJ•mol-1)×2-(-116kJ•mol-1)=-651kJ•mol-1,
即1mol甲醇燃烧生成CO2和水蒸气放出651kJ的热量,故答案为:651;
(2)①对于CO+2H2
CH3OH,为放热反应,
A.升高温度,化学平衡逆向移动,则甲醇的产率降低,故A错误;
B.将CH3OH(g)从体系中分离,能使反应正向移动,甲醇的产率增大,故B正确;
C.充入He,使体系总压强增大,容积不变,则反应体系中各物质的浓度不变,化学平衡不移动,产率不变,故C错误;
D.再充入1molCO和3molH2,反应物的浓度增大,反应正向移动,甲醇的产率增大,故D正确;
故答案为:BD;
②A.因图中横坐标为温度,纵坐标为CO的转化率,P1、P2为两种不同的压强,则实验中n(CO)/n(H2)相同,即b=1/3,为便于比较,则实验1和实验2的温度应相同,压强不同,即a=150,故答案为;150;1/3;
B.由图可知,相同温度时,P1对应的CO的转化率降低,则P1为0.1MPa,故答案为:0.1;
③100℃时,CO的转化率为0.5,则
CO+2H2
CH3OH,
开始 a 3a 0
转化0.5a a 0.5a
平衡0.5a 2a 0.5a
则K=
0.5a
V
0.5a
V×
(2a)2
V2=
V2
4a2,
与CH3OH(g)
CO(g)+2H2(g)互为逆反应,
则化学平衡常数互为倒数,即100℃时,CH3OH(g)
CO(g)+2H2(g)反应的平衡常数为为
4a2
V2,
故答案为:
4a2
V2;
(3)由甲醇的质子交换膜型燃料电池模型图可知,负极甲醇参与反应,正极氧气参与反应,且H+能通过交换膜,
则正极反应式为3O2+12e-+12H+→6H2O,负极反应式为2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2,
故答案为:3O2+12e-+12H+→6H2O;2CH4O-12e-+2H2O→12H++2CO2.
点评:
本题考点: 用盖斯定律进行有关反应热的计算;电极反应和电池反应方程式;化学平衡的影响因素;转化率随温度、压强的变化曲线.
考点点评: 本题综合性较强,难度较大,注重了对化学反应与能量、化学平衡及平衡计算、电化学等高考考点的考查,对学生能力的要求较高,(2)是学生解答的易错点,体现学生分析问题、解答问题的能力.