Question

現(xiàn)代工業(yè)將煤汽化，既可以提高燃料的利用率、減少CO、SO₂等的排放，又可以擴(kuò)大水煤氣的用途．甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用水煤氣來合成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．

（1）如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線．
①T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
②以下有關(guān)說法正確的是

 

a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
c．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時間并提高CH₃OH的產(chǎn)率
d．某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%
（2）已知在常溫常壓下①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ?mol^-1
則：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=

 

kJ?mol^-1
（3）2009年10月，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(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式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．  
①該電池正極的電極反應(yīng)式為

 

．
②工作一段時間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時，有

 

個電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．
（4）以上述電池做電源，用圖3所示裝置，在實驗室中模擬鋁制品面“鈍化”處理的過程中，發(fā)現(xiàn)溶液逐漸變渾濁，原因是

 

、

 

（用相關(guān)的電極反應(yīng)式和離子方程式表示）

Answer 1

考點(diǎn)：轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,電解原理

專題：

分析：（1）①溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響和反應(yīng)的吸放熱有關(guān)；
②a．反應(yīng)前后氣體的體積不等，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，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，都是指正反應(yīng)速率；
c、使用合適的催化劑不會引起化學(xué)平衡的移動；
d、某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

2-0.2×2

2

×100%=80%；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)方程式，反應(yīng)熱越乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的計算．
（3）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)以及電子守恒來計算轉(zhuǎn)移電子的量；
（4）根據(jù)電解池的工作原理和雙水解原理知識來回答．

解答： 解：（1）①對于放熱反應(yīng)，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，T₂＞T₁，反之越大，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
②a．反應(yīng)前后氣體的體積不等，恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，可說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，都是指正反應(yīng)速率，故b錯誤；
c、使用合適的催化劑不會引起化學(xué)平衡的移動，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯誤；
d、某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

2-0.2×2

2

×100%=80%，故d正確；
故選：ad；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1，
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1，
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律可知，則

①-②+③×4

2

可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），則△H=

(-a)-(-b)+(-c)×4

2

kJ/mol=

b-a-4c

2

kJ/mol，
故答案為：

b-a-4c

2

．
（3）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)中的陽離子移向正極，所以b口通入的物質(zhì)為甲醇，c口通入的物質(zhì)為氧氣，該電池正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②當(dāng)6.4g即

6.4

32

=0.2mol甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時，根據(jù)總反應(yīng)：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，轉(zhuǎn)移電子1.2NA；
故答案為：1.2NA；
（4）在電解池中，金屬鋁為陽極，發(fā)生電極反應(yīng)：Al→Al³⁺+3e^-，鋁離子會和碳酸氫根離子之間發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，即Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，溶液逐漸變渾濁，故答案為：Al-3e^-→Al³⁺；Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

點(diǎn)評：本題是一道關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的移動以及燃料電池的工作原理知識的考題，電解原理應(yīng)用，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度不大．