Question

甲醇（CH₃OH）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）
t℃時，往1L密閉容器中充入1mol CO和2molH₂．10min后，反應(yīng)達到平衡，并測得CH₃OH（g）的濃度為0.8mol?L^-1．
（1）①該時間內(nèi)反應(yīng)速率v（H₂）=

 

．t℃時，該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)K=

 

（mol?L^-1）^-2
②下列各項中，能說明該反應(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，測得v_正（CO）=v_逆（CH₃OH）
c．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的氣體密度不發(fā)生變化
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2mol H₂，同時生成1mol CH₃OH（g）
（2）如圖1是該反應(yīng)在T₁、T₂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若保持容器容積不變，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
則，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
（4）我國在甲醇燃料電池技術(shù)方面已獲得重大突破．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①該電池工作時，b口通入的物質(zhì)為

 

．
②該電池正極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）①根據(jù)三段式結(jié)合V=

△c

△t

，平衡常數(shù)指平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值進行計算；
②化學反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量不變，以此進行判斷；
（2）①根據(jù)溫度對化學平衡的影響來回答；
②溫度對化學平衡常數(shù)的影響和反應(yīng)的吸放熱有關(guān)；
③化學平衡正向移動可增加甲醇產(chǎn)率；
（3）根據(jù)蓋斯定律進行計算焓變；
（4）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，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)．

解答： 解：（1）①可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
            開始     1      2          0
            轉(zhuǎn)化    0.8     1.6        0.8
            平衡    0.2     0.4        0.8
所以該時間內(nèi)反應(yīng)速率v（H₂）=

1.6mol 1L

10min

=0.16mol/（L?min）
平衡常數(shù)K=

c(CH 3OH)

c(CO)?c 2(H 2)

=

0.8

0.2×0.4 2

=25，
故答案為：0.16mol/（L?min）；25；
②a．反應(yīng)前后氣體的體積不等，恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，可說明達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．一定條件下，因為反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，所以v_正（CO）=v_逆（CH₃OH）=以v_逆（CO），可說明正逆反應(yīng)速率相等，達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在密度不變的特征，不能說明達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2mol H₂，同時生成1molCH₃OH，都指正反應(yīng)方向，不能說明達到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：a、b；
（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，故正確；
c、使用合適的催化劑不會引起化學平衡的移動，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；
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，化學平衡不移動，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；
故選b；
（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
則（①-②）×

1

2

得，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=

b-a

2

kJ?mol^-1，故答案為：

b-a

2

；
（4）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，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，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷、外界條件對平衡移動的影響以及蓋斯定律的應(yīng)用和燃料電池的原理等問題，題目難度中等，本題注意把握計算方法以及平衡常數(shù)的運用．