Question

10．甲醇是一種低碳能源，在全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的背景下具有良好的發(fā)展前景．在催化劑作用下可用H₂和CO合成甲醇，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2H₂（g）+CO（g） $\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH（g），三種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖1所示．試回答下列問(wèn)題：
（1）代表H₂濃度變化的曲線為a（填“a”“b”或“c”）．
（2）提出一條可以加快反應(yīng)速率的措施：加壓或者升溫．
（3）0-4 min內(nèi)，CH₃OH的平均反應(yīng)速率為：0.15mol/（L•min）．
（4）我國(guó)某高校化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①該電池工作時(shí)，c口通入的物質(zhì)為O₂．
②該電極正極上的電極反應(yīng)式為O₂+4e-+4H⁺=2H₂O．
③該電池工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，消耗的氧氣的體積為6.72L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)2H₂（g）+CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH反應(yīng)，H₂濃度變化在減小并且是CO的2倍判斷；
（2）可以加快反應(yīng)速率的措施為加壓或者升溫等；
（3）根據(jù)CH₃OH的平均反應(yīng)速率=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
（4）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)以及電子守恒來(lái)計(jì)算消耗的氧氣的體積．

解答 解：（1）由2H₂（g）+CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH反應(yīng)，H₂濃度變化在減小并且是CO的2倍，所以代表H₂濃度變化的曲線為a，故答案為：a；
（2）可以加快反應(yīng)速率的措施為加壓或者升溫，故答案為：加壓或者升溫；
（3）根據(jù)圖象CH₃OH為生成物，即代表CH₃OH濃度變化的曲線為b，則0-4 min內(nèi)，CH₃OH的平均反應(yīng)速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.6mol/L}{4min}$=0.15mol/（L•min），故答案為：0.15mol/（L•min）；
（4）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，氧氣作正極，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子移向正極，所以c口通入的物質(zhì)為氧氣，故答案為：O₂；
②正極上為氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e-+4H⁺=2H₂O；
③當(dāng)6.4g即0.2mol甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，根據(jù)總反應(yīng)：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，即標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為0.3×22.4=6.72L，故答案為：6.72．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道關(guān)于化學(xué)平衡圖象的分析與反應(yīng)速率的計(jì)算以及燃料電池的工作原理知識(shí)的考題，要求學(xué)生具有分析和解決問(wèn)題的能力，難度不大．