Question

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）．

（1）分析該反應(yīng)并回答下列問題：
①平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

 

．
②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(hào)）．
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2mol CO，同時(shí)生成1mol CH₃OH
（2）如圖1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△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）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
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1
則，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

 

kJ?mol^-1．
（4）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，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2所示．
①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為

 

，c口通入的物質(zhì)為

 

．
②該電池正極的電極反應(yīng)式為：

 

．
③工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有

 

N_A個(gè)電子轉(zhuǎn)移．
（5）以上述電池做電源，用圖3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)溶液逐漸變渾濁，原因是（用相關(guān)的電極反應(yīng)式和離子方程式表示）：

 

，

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①平衡常數(shù)指平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
②化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，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(jìn)行判斷；
（2）①根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響來回答；
②溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響和反應(yīng)的吸放熱有關(guān)；
③化學(xué)平衡正向移動(dòng)可增加甲醇產(chǎn)率；
（3）根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變；
（4）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)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)，根據(jù)電極反應(yīng)以及電子守恒來計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的量；
（5）根據(jù)電解池的工作原理和雙水解原理知識(shí)來回答．

解答： 解：（1）①可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

；
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(qiáng)不發(fā)生變化，可說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故a不選；
b．定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，可說明正逆反應(yīng)速率相等，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，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，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1molCH₃OH，不符合轉(zhuǎn)化關(guān)系，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故d選；
故答案為：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)，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(huì)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；
故答案為：b；
（3）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）與反應(yīng)①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1
將

1

2

（①-②+③×4）可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以反應(yīng)的焓變△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1，
故答案為：

b-a-4c

2

；
（4）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；O₂；
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；
③當(dāng)6.4g即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，即個(gè)數(shù)為1.2N_A，故答案為：1.2；
（5）在電解池中，金屬鋁為陽極，發(fā)生電極反應(yīng)：Al→Al³⁺+3e^-，鋁離子會(huì)和碳酸氫根離子之間發(fā)生雙水解反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，即Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，溶液逐漸變渾濁，故答案為：Al→Al³⁺+3e^-；Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及平衡常數(shù)的計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動(dòng)的影響等有關(guān)電化學(xué)和熱化學(xué)知識(shí)，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度較大．