Question

16．利用CO和H₂合成甲醇，其反應的化學方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．今在一容積可變的密閉容器中，充有10mol CO和20mol H₂用于合成甲醇．CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（P）的關系如圖所示：
（1）寫出該反應的平衡常數(shù)表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$．
（2）上述合成甲醇的反應為放熱反應（填“放熱”或“吸熱”）．
A、B、C三點的平衡常數(shù)K_A、K_B、K_C的大小關系為K_A=K_B＞K_C．A、B兩點對應的壓強大小關系是P_A小于P_B（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）若將達到平衡狀態(tài)A時生成的甲醇用于構成甲醇一氧氣燃料電池，電解質(zhì)溶液為H₂SO₄溶液，則該電池工作時負極的電極反應式為CH₃OH（g）+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，理論上通過外電路的電子最多為30mol．

Answer 1

分析 （1）K等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，結(jié)合平衡濃度計算；
（2）化學平衡圖象分析方法，平衡圖象題主要注意三點一趨勢，三點是：圖象的起點、拐點、終點，一趨勢是看曲線的變化趨勢．當然要看好橫、縱坐標的向量；
對于一個給定的化學反應，化學平衡常數(shù)的影響因素只有溫度；
相同溫度下，增大壓強平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
（3）依據(jù)原電池原理分析，燃料電池是燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應，正極是氧氣得到電子發(fā)生還原反應，依據(jù)電解質(zhì)溶液時酸性溶液書寫電極反應；
由圖示可知，在平衡狀態(tài)B時，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，可知生成甲醇的物質(zhì)的量為5mol，根據(jù)電極反應式計算外電路通過電子．

解答 解：（1）反應的化學方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）c（{H}_{2}）^{2}}$；
（2）從圖上可見，在P₂時，隨溫度的升高CO的轉(zhuǎn)化率越來越低，可見，升溫時平衡向逆向移動，據(jù)勒夏特列原理，正反應放熱．化學平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應放熱，溫度越高平衡逆向移動，K值減�。�相同溫度下，增大壓強平衡右移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，即CO轉(zhuǎn)化率越大壓強越大，
故答案為：放熱； K_A=K_B＞K_C；小于；
（3）甲醇是一種燃料，可利用甲醇設計一個燃料電池，用稀硫酸作電解質(zhì)溶液，多孔石墨做電極，負極電極反應為：CH₃OH（g）+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．由圖示可知，在平衡狀態(tài)A時，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，可知生成甲醇的物質(zhì)的量為5mol，根據(jù)電極反應式可知失去電子數(shù)為：5mol×6=30mol，
故答案為：CH₃OH（g）+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；30．

點評 本題考查較綜合，主要是平衡常數(shù)、化學平衡圖象及平衡移動影響因素、原電池電極反應書寫等，側(cè)重分析能力、計算能力及知識遷移應用能力的考查，綜合性較強，題目難度中等．