Question

19．甲醇可作為燃料電池的原料．通過下列反應(yīng)可以制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20molH₂，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖1所示，當(dāng)達到平衡狀態(tài)A 時，容器的體積為20L．

（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）×c（CO）}$．
（2）如反應(yīng)開始時仍充入10mol CO和20mol H₂，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V（B）=4 L．
（3）關(guān)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在化學(xué)平衡狀態(tài)時的描述正確的是ACD（填字母）．
A．CO的含量保持不變        
B．容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等
C．2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂）
D．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），按照相同的物質(zhì)的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是A．
A．溫度：T₁＜T₂＜T₃
B．正反應(yīng)速率：ν（a）＞ν（c）； ν（b）＞ν（d）
C．平衡常數(shù)：K（a）=K（c）； K（b）＞K（d）
D．平均摩爾質(zhì)量：M（a）＜M（c）； M（b）＞M（d）
（5）某興趣小組的同學(xué)用如圖3所示裝置研究有關(guān)電化學(xué)的問題．當(dāng)閉合該裝置的開關(guān)時，觀察到電流計的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)．

請回答下列問題：
（a）當(dāng)乙池中B極質(zhì)量增加5.40g時，甲池中理論上消耗O₂的體積為280mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），丙池中D（填“C”或“D”）極析出1.60g銅．
（b）若丙池中電極不變，將其中溶液換成NaCl溶液，開關(guān)閉合一段時間后，甲池中溶液的pH將增大（填“增大”、“減小”或“不變”，下同）；丙池中溶液的pH將減小．

Answer 1

分析 （1）T₁℃利用A點時CO的轉(zhuǎn)化率，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)表達式，計算化學(xué)平衡常數(shù)；
（2）A、B反應(yīng)溫度相等，則平衡常數(shù)相等，利用平衡常數(shù)計算；
（3）平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；
（4）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大；
B．由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度T₁＜T₃，溫度越高，反應(yīng)速率越快；b、d兩點壓強相同，溫度越高，反應(yīng)速率越大；
C．由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T₁＜T₃，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，K值增大．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點溫度相同，平衡常數(shù)相同；
D．CO轉(zhuǎn)化率的越大，n_總越小，由M=$\frac{m}{n}$，判斷；
（5）（a）乙池是電解池結(jié)合電子守恒計算消耗氧氣的體積，丙為電解池C為陽極，D為陰極，電解氯化銅溶液銅離子在陰極得到電子析出銅；
（b）甲中發(fā)生的反應(yīng)為甲醇與氧氣、氫氧化鉀的反應(yīng)，反應(yīng)消耗氫氧根離子，則pH減小，丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，則丙中電解NaCl溶液生成氫氧化鈉，所以溶液的pH增大．

解答 解：（1）平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）×c（CO）}$，故答案為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）×c（CO）}$；
（2）A、B兩容器溫度相同，即化學(xué)平衡常數(shù)相等，且B點時CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10     20         0
轉(zhuǎn)化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2       4         8
設(shè)體積為VL，則有K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=4，V=4L，
故答案為：4；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
A．CO的含量保持不變，說明反應(yīng)達到平衡，故A正確；
B．容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等，與消耗量和起始量有關(guān)反應(yīng)不一定達到平衡，故B錯誤；
C．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比是正反應(yīng)速率之比，2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），若2V_正（CH₃OH）=V_逆（H₂）說明V_正（H₂）=V_逆（H₂）說明反應(yīng)達到平衡，故C正確；
D．混合氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后體積不同，反應(yīng)過程中密度變化，容器中混合氣體的密度保持不變說明反應(yīng)達到平衡，故D正確；
故答案為：ACD；   
（4）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，則T₁＜T₂＜T₃，故A正確；
B．由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度T₁＜T₃，溫度越高，反應(yīng)速率越快，故υ（a）＜υ（c）．b、d兩點溫度相同，壓強越大，反應(yīng)速率越大，b點大于d點壓強，則v（b）＞v（d），故B錯誤；
C．由圖可知，a、c兩點壓強相同，平衡時a點CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T₁＜T₃，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，則K（a）＞K（c），平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點溫度相同，平衡常數(shù)相同，則K（b）=K（d），故C錯誤；
D．CO轉(zhuǎn)化率的越大，n_總越小，由M=$\frac{m}{n}$，可知，a點n_總小，則M（a）＞M（c），M（b）＞M（d），故D錯誤；
故選A；
（5）（a）當(dāng)乙池中B極質(zhì)量增加5.4g為Ag，物質(zhì)的量=$\frac{5.4g\\;}{108g/mol}$=0.05mol，依據(jù)電子守恒計算4Ag～O₂～4e-，甲池中理論上消耗O₂的體積=$\frac{0.05}{4}$mol×22，4L/mol=0.28L=280ml；丙為電解池C為陽極，D為陰極，電解氯化銅溶液銅離子在陰極得到電子析出銅，結(jié)合電子守恒計算2Ag～Cu～2e-，析出銅質(zhì)量=$\frac{0.05}{2}$mol×64g/mol=1.60g，
故答案為：280；D；1.60；
（b）甲中發(fā)生的反應(yīng)為甲醇與氧氣、氫氧化鉀的反應(yīng)，反應(yīng)消耗氫氧根離子，則pH減小，丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，則丙中電解NaCl溶液生成氫氧化鈉，所以溶液的pH增大；
故答案為：增大；減�。�

點評 本題考查圖象分析以及三段式計算的應(yīng)用、原電池電解池的相互串聯(lián)問題等，考查范圍廣，難度中等，對于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷和電極反應(yīng)式是高考的熱點，要能夠熟練應(yīng)用，原電池電解池的相互串聯(lián)問題，注意首先區(qū)分原電池和電解池．