Question

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)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．
（1）下列各項中，不能夠說明該反應(yīng)已達到平衡的是

 

（填序號）．
a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(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，單位時間內(nèi)消耗2mol CO，同時生成1mol CH₃OH
（2）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．
①該反應(yīng)的焓變△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
③若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

．
a．升高溫度                
b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．使用合適的催化劑        
d．充入He，使體系總壓強增大
（3）已知在常溫常壓下：
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
則，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

 

kJ?mol^-1．
（4）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該電池工作時，b口通入物質(zhì)的化學(xué)式為

 

．
②該電池正極的電極反應(yīng)式為

 

，負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．
③工作一段時間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時，有

 

N_A個電子轉(zhuǎn)移．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；
（2）①根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響來回答；
②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)；
③化學(xué)平衡正向移動可增加甲醇產(chǎn)率；
（3）利用蓋斯定律進行加減法求算反應(yīng)熱；
（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)以及電子守恒來計算轉(zhuǎn)移電子的量．

解答： 解：（1）a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，說明正逆反應(yīng)速率相等，達平衡狀態(tài)，故正確；
b．一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，達平衡狀態(tài)，故正確；
c．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變，達平衡狀態(tài)，故正確；
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2mol CO，同時生成1mol CH₃OH，都反映的是正反應(yīng)，故錯誤；故選：d；
（2）①反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，反應(yīng)向右進行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，溫度升高，化學(xué)平衡向著吸熱方向進行，根據(jù)圖中的信息可以知道：T₂＞T₁，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：＜；
②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：＞；
③a、若容器容積不變，升高溫度，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡逆向移動，甲醇產(chǎn)率降低，故a錯誤；
b、將CH₃OH（g）從體系中分離，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡正向移動，甲醇產(chǎn)率增大，故b正確；
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、若容器容積不變，充入He，使體系總壓強增大，單質(zhì)各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不移動，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故d錯誤；
故選b；
（3）用加減法求算反應(yīng)熱可知①×

1

2

-②×

1

2

+③×2即得，所以△H=（-a kJ?mol^-1）×

1

2

-（-b kJ?mol^-1）×

1

2

+（-c kJ?mol^-1）×2=

1

2

（b-a-4c）kJ?mol^-1，
故答案為：

1

2

（b-a-4c）；
（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)中的陽離子移向正極，所以c口通入的物質(zhì)為氧氣，b口通入的物質(zhì)為甲醇，故答案為：CH₃OH；
②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，燃料甲醇作負(fù)極，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₃OH+2H₂O-6e^-=CO₃^2-+8H⁺，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；CH₃OH+2H₂O-6e^-=CO₃^2-+8H⁺；
③當(dāng)6.4g即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1.2mol，即個數(shù)為1.2N_A，故答案為：1.2．

點評：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，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度不大．