Question

12．利用可再生能源代替石油和煤已經(jīng)成為未來發(fā)展的趨勢，甲醇作為重要的可再生能源具有廣泛的開發(fā)和應用前景．工業(yè)上常利用反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0來合成甲醇．
（1）經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在230℃～270℃時合成最為有利．為探尋合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃時進行實驗，實驗結果如圖．230℃的實驗結果所對應的曲線是X（填字母）； 從提高CO轉化率的角度等綜合分析，該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO）的比值范圍是B（填字母）．
A．1～1.5　　　　B．2.5～3C．3.5～4.5
（2）制甲醇所需要的氫氣，可通過下列反應制取：H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），△H＜0，某溫度下該反應的平衡常數(shù)K=1．回答下列問題：
①該溫度下，若起始時c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=3mol•L^-1，反應進行一段時間后，測得CO的濃度為1mol•L^-1，則此時該反應v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若降低溫度，該反應的K值將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）甲醇是一種化工原料，工業(yè)上合成甲醇的反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1．
若在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	1molCO、2molH2	1mol CH3OH	2molCO、4molH2
CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
反應的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ

①容器內壓強P：P_甲、P_乙與P_丙的關系是P_甲=P_乙＜P_丙（用“＞”、“＜”或“=”表示）；
②變化的熱量數(shù)值Q中，Q₁ 與Q₂的和是90.8（填具體數(shù)值）．
（4）目前，以甲醇為原料的燃料電池已經(jīng)應用于工業(yè)生產(chǎn)．如圖是甲醇燃料電池應用的示意圖，已知甲池的總反應式為：2CH₃OH+3O₂+4KOH═2K₂CO₃+6H₂O，，
請根據(jù)上圖填寫下列空白：
乙池中A電極的電極反應式為Ag⁺+e^-=Ag，甲池中通入CH₃OH電極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）正反應為放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減��；
該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO） 的比值范圍應是CO的轉化率最大；
（2）①根據(jù)CO的濃度計算各物質的濃度，再計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行；
②因正反應放熱，則降低溫度平衡向正反應方向移動；
（3）①甲容器反應物投入1molCO、2molH₂與乙容器反應物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是完全等效平衡，平衡時同種組分的物質的量相等，則平衡時壓強相等．丙容器反應物投入量2molCO、4molH₂，由于該反應是氣體體積減小的反應，溫度、容積相同的情況下，反應物濃度增大一倍，相當于增大壓強，平衡正向移動，反應物轉化率增大；
②甲、乙平衡時同種組分物質的量相等，設平衡時CO物質的量xmol，計算可得熱量之和；
（4）甲為原電池，負極發(fā)生氧化反應，通入甲醇電極為負極，通入氧氣電極為正極，甲醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水；
乙為電解池，A電極連接電源負極，為陰極，發(fā)生還原反應，Ag⁺得電子生成Ag．

解答 解：（1）合成甲醇是放熱反應，溫度越低轉化率越大，結合圖象可知，230℃的實驗結果所對應的曲線是 X；該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO） 的比值范圍應是CO的轉化率最大時，則合成氣組成n（H₂）：n（CO） 的比值范圍是2.5～3，如再增大比例，因此時轉化率已經(jīng)很高，而導致浪費氫氣，
故答案為：X；B；
（2）①H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol/L）：3       2       0       0
轉化（mol/L）：1       1       1       1
一段時間后（mol/L）：2   1      1      1
濃度商Qc=$\frac{1×1}{2×1}$=0.5＜K=1，則平衡向正反應方向移動，則v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
②因正反應放熱，則降低溫度平衡向正反應方向移動，平衡常數(shù)增大，故答案為：增大；
（3）①甲容器反應物投入1molCO.2molH₂與乙容器反應物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是完全等效平衡，平衡時同種組分的物質的量相等，則平衡時壓強相等，丙容器反應物投入量2molCO、4molH₂，濃度加倍，相當于增大壓強，
故答案為：P_甲=P_乙＜P_丙；
②甲、乙平衡時同種組分物質的量相等，設平衡時CO物質的量xmol，則Q₁+Q₂=90.8x+（1-x）×90.8=90.8，故答案為：90.8；
（4）甲為原電池，負極發(fā)生氧化反應，通入甲醇電極為負極，通入氧氣電極為正極，甲醇在負極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負極電極反應式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
乙為電解池，A電極連接電源負極，為陰極，發(fā)生還原反應，Ag⁺得電子生成Ag，電極方程式為Ag⁺+e^-=Ag，
故答案為：Ag⁺+e^-=Ag；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題綜合考查化學平衡、電化學等知識，（3）中注意理解等效平衡問題，注意規(guī)律的歸納總結：從正、逆反應建立的等效平衡，轉化率之和為1，若物質的起始物質的量等于化學計量，則熱量之和等于反應熱數(shù)值．