Question

20．隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，清潔能源越來(lái)越受人們關(guān)注．
（1）氫能在二十一世紀(jì)有可能在世界能源舞臺(tái)上成為一種舉足輕重的二次能源．
①硫-碘循環(huán)分解水制氫主要涉及下列反應(yīng)：
I．SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HIⅡ．2HI?H₂+I₂Ⅲ．2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
分析上述反應(yīng)，下列判斷正確的是c（填序號(hào)，下同）．
a．反應(yīng)Ⅲ易在常溫下進(jìn)行         b．反應(yīng)I中SO₂氧化性比HI強(qiáng)
c．循環(huán)過(guò)程中需補(bǔ)充H₂O          d．循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生l mol O₂的同時(shí)產(chǎn)生1mol H₂
②利用甲烷與水反應(yīng)制備氫氣，因原料價(jià)廉產(chǎn)氫率高，具有實(shí)用推廣價(jià)值，已知該反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ•mol^-1
若800℃時(shí)，反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=1.0，某時(shí)刻測(cè)得該溫度下，密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度分別為：c（CH₄）=3.0mol•L^-1；c（H₂O）=8.5mol•L^-1；c（CO）=2.0mol•L^-1；c（H₂）=2.0mol•L^-1，則此時(shí)正逆反應(yīng)速率的關(guān)系是v_正＞v_逆．（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來(lái)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
分析該反應(yīng)并回答下列問(wèn)題：
①下列各項(xiàng)中，不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是d．
a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化
b．一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等
c．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
d．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO，同時(shí)生成l mol CH₃OH
②如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．
T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞ K₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
③已知甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為CH₃OH，該電池正極的電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇（CH₃OH）完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有1.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．

Answer 1

分析 （1）①a．硫酸常溫下穩(wěn)定，不易分解；
b．反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)還原性，還原性比HI強(qiáng)；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O；
d．由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂；
②計(jì)算該濃度下的溶度積Qc，與平衡常數(shù)k=1比較，若Qc=1，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞1，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，若Qc＜1，向正反應(yīng)移動(dòng)；
（2）①a．恒溫、恒容條件下，隨反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量減小，體系壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，說(shuō)明到達(dá)平衡；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)；
c．各物質(zhì)的濃度不變，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)；
d．單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO，同時(shí)生成l mol CH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按1：1進(jìn)行；
②溫度越高反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短，故T₁＜T₂，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)；
③由質(zhì)子的定向移動(dòng)可知左側(cè)電極為燃料電池的負(fù)極，右側(cè)電極為燃料電池的正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，與通過(guò)質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合生成水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，6.4g甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量為$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，根據(jù)電極反應(yīng)式計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①a．硫酸常溫下穩(wěn)定，不易分解，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)還原性，還原性比HI強(qiáng)，故b錯(cuò)誤；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O，循環(huán)中水的量減少，故應(yīng)補(bǔ)充水，故c正確；
d．由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時(shí)產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生l mol O₂的同時(shí)產(chǎn)生2mol H₂，故d錯(cuò)誤；
故選：c；
②濃度商Qc=$\frac{{2}^{3}×2}{3×8.5}$=0.6＜1，所以平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，即v_正＞v_逆，故答案為：＞；
（2）a．恒溫、恒容條件下，隨反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量減小，體系壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，說(shuō)明到達(dá)平衡，故a正確；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO，同時(shí)生成l mol CH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按1：1進(jìn)行，故d錯(cuò)誤，
故選：d；
②溫度越高反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短，故T₁＜T₂，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，溫度平衡常數(shù)降低，溫度越高平衡常數(shù)越小，即K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③由質(zhì)子的定向移動(dòng)可知左側(cè)電極為燃料電池的負(fù)極，右側(cè)電極為燃料電池的正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極放電，故b通入CH₃OH；正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；6.4g甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量為$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，由負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺可知轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol×6=1.2mol，
故答案為：CH₃OH；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；1.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、平衡影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)應(yīng)用、原電池等，綜合性較大，難度中等，是對(duì)知識(shí)的綜合利用，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)理解掌握．