Question

12．利用可再生能源代替石油和煤已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，甲醇作為重要的可再生能源具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上常利用反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0來(lái)合成甲醇．
（1）經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在230℃～270℃時(shí)合成最為有利．為探尋合成氣最合適的起始組成比，分別在230℃、250℃和270℃時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖．230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線是X（填字母）； 從提高CO轉(zhuǎn)化率的角度等綜合分析，該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO）的比值范圍是B（填字母）．
A．1～1.5　　　　B．2.5～3C．3.5～4.5
（2）制甲醇所需要的氫氣，可通過(guò)下列反應(yīng)制�。篐₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g），△H＜0，某溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1．回答下列問(wèn)題：
①該溫度下，若起始時(shí)c（CO）=2mol•L^-1，c（H₂O）=3mol•L^-1，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，測(cè)得CO的濃度為1mol•L^-1，則此時(shí)該反應(yīng)v（正）＞v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若降低溫度，該反應(yīng)的K值將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）甲醇是一種化工原料，工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1．
若在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1molCO、2molH2	1mol CH3OH	2molCO、4molH2
CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ

①容器內(nèi)壓強(qiáng)P：P_甲、P_乙與P_丙的關(guān)系是P_甲=P_乙＜P_丙（用“＞”、“＜”或“=”表示）；
②變化的熱量數(shù)值Q中，Q₁ 與Q₂的和是90.8（填具體數(shù)值）．
（4）目前，以甲醇為原料的燃料電池已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)．如圖是甲醇燃料電池應(yīng)用的示意圖，已知甲池的總反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4KOH═2K₂CO₃+6H₂O，，
請(qǐng)根據(jù)上圖填寫(xiě)下列空白：
乙池中A電極的電極反應(yīng)式為Ag⁺+e^-=Ag，甲池中通入CH₃OH電極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小；
該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO） 的比值范圍應(yīng)是CO的轉(zhuǎn)化率最大；
（2）①根據(jù)CO的濃度計(jì)算各物質(zhì)的濃度，再計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
②因正反應(yīng)放熱，則降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
（3）①甲容器反應(yīng)物投入1molCO、2molH₂與乙容器反應(yīng)物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是完全等效平衡，平衡時(shí)同種組分的物質(zhì)的量相等，則平衡時(shí)壓強(qiáng)相等．丙容器反應(yīng)物投入量2molCO、4molH₂，由于該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，溫度、容積相同的情況下，反應(yīng)物濃度增大一倍，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大；
②甲、乙平衡時(shí)同種組分物質(zhì)的量相等，設(shè)平衡時(shí)CO物質(zhì)的量xmol，計(jì)算可得熱量之和；
（4）甲為原電池，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，通入甲醇電極為負(fù)極，通入氧氣電極為正極，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水；
乙為電解池，A電極連接電源負(fù)極，為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，Ag⁺得電子生成Ag．

解答 解：（1）合成甲醇是放熱反應(yīng)，溫度越低轉(zhuǎn)化率越大，結(jié)合圖象可知，230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線是 X；該溫度下工業(yè)生產(chǎn)適宜采用的合成氣組成n（H₂）：n（CO） 的比值范圍應(yīng)是CO的轉(zhuǎn)化率最大時(shí)，則合成氣組成n（H₂）：n（CO） 的比值范圍是2.5～3，如再增大比例，因此時(shí)轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，而導(dǎo)致浪費(fèi)氫氣，
故答案為：X；B；
（2）①H₂O（g）+CO（g）?H₂（g）+CO₂（g）
起始（mol/L）：3       2       0       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：1       1       1       1
一段時(shí)間后（mol/L）：2   1      1      1
濃度商Qc=$\frac{1×1}{2×1}$=0.5＜K=1，則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則v（正）＞v（逆），
故答案為：＞；
②因正反應(yīng)放熱，則降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)增大，故答案為：增大；
（3）①甲容器反應(yīng)物投入1molCO.2molH₂與乙容器反應(yīng)物投入1mol CH₃OH在保持恒溫、恒容情況下是完全等效平衡，平衡時(shí)同種組分的物質(zhì)的量相等，則平衡時(shí)壓強(qiáng)相等，丙容器反應(yīng)物投入量2molCO、4molH₂，濃度加倍，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，
故答案為：P_甲=P_乙＜P_丙；
②甲、乙平衡時(shí)同種組分物質(zhì)的量相等，設(shè)平衡時(shí)CO物質(zhì)的量xmol，則Q₁+Q₂=90.8x+（1-x）×90.8=90.8，故答案為：90.8；
（4）甲為原電池，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，通入甲醇電極為負(fù)極，通入氧氣電極為正極，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
乙為電解池，A電極連接電源負(fù)極，為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，Ag⁺得電子生成Ag，電極方程式為Ag⁺+e^-=Ag，
故答案為：Ag⁺+e^-=Ag；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查化學(xué)平衡、電化學(xué)等知識(shí)，（3）中注意理解等效平衡問(wèn)題，注意規(guī)律的歸納總結(jié)：從正、逆反應(yīng)建立的等效平衡，轉(zhuǎn)化率之和為1，若物質(zhì)的起始物質(zhì)的量等于化學(xué)計(jì)量，則熱量之和等于反應(yīng)熱數(shù)值．