Question

【題目】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)，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室模擬該反應(yīng)并進(jìn)行分析。

（1）下列各項(xiàng)中，不能夠說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是__________（填序號）。

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2 mol CO，同時(shí)生成1 mol CH3OH

（2）如圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線。

① 該反應(yīng)的焓變ΔH____________0(填“＞”、“＜”或“＝”)。

② T1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(qiáng)增大

（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，甲醇燃料電池的工作原理如圖所示。

①請寫出c口通入的物質(zhì)發(fā)生的相應(yīng)電極反應(yīng)式_____________________________。

②工作一段時(shí)間后，當(dāng)0.2 mol甲醇完全反應(yīng)生成CO2 時(shí)，有___________NA個(gè)電子轉(zhuǎn)移。

（4）以上述電池做電源，用上圖所示裝置，在實(shí)驗(yàn)室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理的過程中，發(fā)現(xiàn)Al電極附近逐漸變渾濁并有氣泡逸出，原因是（用相關(guān)的電極反應(yīng)式和離子方程式表示）：

_________________________________________________。

Answer 1

【答案】 d < > b O2+4e-+4H+=2H2O 1.2 Al-3e-=Al3+。Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑

【解析】(1)a．由方程式可以看出，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不相等，只有達(dá)到平衡狀態(tài)，容器壓強(qiáng)不發(fā)生變化，能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a不選；b．一定條件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，即正逆反應(yīng)速率相等，所以能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不選；c、一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變是平衡的標(biāo)志，故c不選；d、一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO，同時(shí)生成1mol CH3OH，只能表明正反應(yīng)速率，不能表示正逆反應(yīng)速率相等，故d選；故選d；

(2)①反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中，反應(yīng)向右進(jìn)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(jìn)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)，ΔH＜0，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(dòng)，甲醇產(chǎn)率降低，故a錯(cuò)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(dòng)，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(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯(cuò)誤；d、若容器容積不變，充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，單質(zhì)各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不移動(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故d錯(cuò)誤；故選b；

(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)0.2mol甲醇完全反應(yīng)生成CO2時(shí)，根據(jù)總反應(yīng)：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，消耗氧氣0.3mol，轉(zhuǎn)移電子1.2mol；故答案為：1.2；

(4)Al電極為陽極，鋁放電，電極反應(yīng)式為Al-3e-=Al3+，生成的鋁離子與溶液中的碳酸氫根離子發(fā)生雙水解反應(yīng)放出二氧化碳，反應(yīng)的離子方程式為Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑，故答案為：Al-3e-=Al3+；Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑。