Question

（16分）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)   ΔH< 0。

（1）上述反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=                   ，以下有關(guān)說(shuō)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(shí)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

c．保持容器體積不變，升高溫度可提高CO的轉(zhuǎn)化率

d．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH₃OH的產(chǎn)率

（2）其它條件相同時(shí)，在T₁、T₂（T₁< T₂）兩個(gè)不同溫度下可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，請(qǐng)畫(huà)出CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的示意圖。

（3）已知在常溫常壓下：

① 2CH₃OH(l)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH ＝ -a kJ·mol^-1

② 2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)  ΔH ＝ -b kJ·mol^-1

③ H₂O(g)= H₂O(l)  ΔH＝ -c kJ·mol^-1

則 CH₃OH(l)+ O₂(g) = CO (g) + 2H₂O(l)   ΔH＝______________kJ·mol^-1。

（4）2009年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)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(dòng)式電堆。甲醇燃料電池的工作原理如圖所示。

C極發(fā)生的電極反應(yīng)式為:___________________________，工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4 g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有______N_A個(gè)電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。

（H：1  C：12  O：16）

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）c(CH₃OH) / c(CO)c²(H₂)  (2分) ，A（3分）   

（2）（4分）

（3）（b-a-4c）/ 2（2分）

（4）O₂+4e^-+4H⁺ = 2H₂O（3分），1.2（2分）

【解析】（1）a：該可逆反應(yīng)：正反應(yīng)氣體系數(shù)不同，則容器內(nèi)壓強(qiáng)是個(gè)變量，何時(shí)恒定了，則說(shuō)明達(dá)到平衡。

b：只給出了兩個(gè)正反應(yīng)速率，并不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，錯(cuò)；

c： 正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低

d：催化劑可改變反應(yīng)速率但不能改變平衡狀態(tài)和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率

（2）該可逆反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡所用時(shí)間短；平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低

（3）由蓋斯定律可得總反應(yīng)：（①－②+4×③）/2

（4）氫離子向正極移動(dòng)，氧氣在反應(yīng)中得到電子，因此在正極通入的是氧氣，所以電極反應(yīng)式為O₂＋4e^－＋4H^＋=2H₂O。

電池總反應(yīng)為：2CH₃OH＋3O₂=2CO₂＋4H₂O；反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移為12e^－，故當(dāng)6.4 g甲醇完全反應(yīng)時(shí)有1.2N_A個(gè)電子發(fā)生轉(zhuǎn)移