甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H2（g）??CH3OH（g）．

（1）分析該反應并回答下列問題：
①平衡常數(shù)表達式為K=
c(CH3OH)
c(CO)?c(H2)2
c(CH3OH)
c(CO)?c(H2)2
．
②下列各項中，不能夠說明該反應已達到平衡的是
D
D
（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，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，單位時間內(nèi)消耗2mol CO，同時生成1mol CH3OH
（2）如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線．
①該反應的焓變△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
B
B
．
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）2009年10月，中國科學院長春應用化學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，b口通入的物質(zhì)為
CH3OH
CH3OH
，c口通入的物質(zhì)為
O2
O2
．
②該電池正極的電極反應式為：
O2+4e-+4H+=2H2O
O2+4e-+4H+=2H2O
．
③工作一段時間后，當6.4g甲醇完全反應生成CO2時，有
1.2
1.2
NA個電子轉(zhuǎn)移．
分析：（1）①平衡常數(shù)K=
所有生成物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積
所有反應物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積
；
②可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（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）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，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應，根據(jù)電極反應以及電子守恒來計算轉(zhuǎn)移電子的量．
解答：解：（1）①反應CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）的平衡常數(shù)K=
c(CH3OH)
c(CO)?c(H2)2
，故答案為：
c(CH3OH)
c(CO)?c(H2)2
；
②A．由方程式可以看出，反應前后氣體的物質(zhì)的量不相等，只有達到平衡狀態(tài)，容器壓強不發(fā)生變化，能判斷反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．一定條件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，即正逆反應速率相等，所以能判斷反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C、一定條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變是平衡的標志，故C錯誤；
D、一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2molCO，同時生成1mol CH3OH，只能表明正反應速率，不能表示正逆反應速率相等，故D正確．
故選D．
（2）①反應CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）中，反應向右進行，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，所以該反應是放熱反應，故答案為：＜；
②對于放熱反應，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CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）平衡逆向移動，甲醇產(chǎn)率降低，故A錯誤；
B、將CH3OH（g）從體系中分離，反應CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）平衡正向移動，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平衡的移動，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故C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D錯誤；
故選B；
（3）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；O2；
②該電池正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應，電極反應式為：O2+4e-+4H+=2H2O，故答案為：O2+4e-+4H+=2H2O；
③當6.4g即0.2mol甲醇完全反應生成CO2時，根據(jù)總反應：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，消耗氧氣0.3mol，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，即個數(shù)為1.2NA，故答案為：1.2NA．
點評：本題是一道關(guān)于化學平衡狀態(tài)的判斷、化學平衡的移動以及燃料電池的工作原理知識的考題，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度不大．
練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中化學 來源： 題型：

能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源．具有廣泛的開發(fā)和應用前景．因此甲醇被稱為21世紀的新型燃料．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應A：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1
反應B：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2
①下列條件中，能說明反應A達到平衡狀態(tài)的是
C
C
．
A．生成甲醇的速率與生成水的速率相等    B．v（H2）/3=v（CH3OH）
C．恒容容器中，體系的壓強不再改變      D．恒容容器中，混合氣體密度不再發(fā)生改變
②在一定的壓強下，將CO與H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應生成甲醇，則
△H2
＜
＜
0，△S
＜
＜
0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③對于反應B，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是
BD
BD
．
A．升高溫度                        B．將CH3OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大        D．按原比例再充入CO和H．
④某溫度下，將2mol CO和6mol H2，充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為
80%
80%
，則該溫度下該反應的平衡常數(shù)為
2.04
2.04
．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH3OH（I）十3O2（g）=CO2（g）+4H2O（g）△H=-1275.6kJ?mol-1
②2CO（g）+O2 （g）═2CO2 （g）△H=-566.0kJ?mol-1
③H2O（g）═H2O（l）△H=-44.0kJ．mol-1
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式
CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
．

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科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

（2011?濟南一模）（實驗班必做，平行班選作）

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）．
（1）分析該反應并回答下列問題：
①平衡常數(shù)的表達式為K=
c(CH3OH)
c(CO)?c2H(2)
c(CH3OH)
c(CO)?c2H(2)
．
②下列各項中，不能說明該反應已經(jīng)達到平衡的是
d
d
（填字母編號）．
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，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等
c．恒溫、恒容條件下，CO、H2和CH3OH的濃度保持不變
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗1mol CO，同時生成1mol CH3OH
（2）如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線．該反應的△H
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”）；T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1
＞
＞
K2（填“＞”、“＜”或“=”）．若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是
b
b
（填字母編號）．
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（g），使壓強增大
（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
③H2O（g）=H2O（l）△H=-c kJ?mol-1
則CH3OH（l）和O2生成CO和H2O（l）的熱化學方程式是：
2CH3OH（1）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（l）△H=-（a+4c-b）kJ?mol-1
2CH3OH（1）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（l）△H=-（a+4c-b）kJ?mol-1
．
（4）2009年10月，中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．該電池工作時，b口通入的物質(zhì)是
甲醇
甲醇
，正極上的電極反應式為
O2+4H++4e-=2H2O
O2+4H++4e-=2H2O
．
（5）以上述電池做電源，用如圖3所示裝置，在實驗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)的電極反應式和離子方程式表示）：
Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+CO2↑
Al-3e-=Al3+，Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+CO2↑
．

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科目：高中化學 來源： 題型：

能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應I：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1
反應II：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H2
下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅱ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）
溫度 250℃ 300℃ 350℃
K 2.041 0.270 0.012
①由表中數(shù)據(jù)判斷△H2
＜
＜
0（填“＞”、“＜”或“=”），
②若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是
BE
BE
，
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            E．按原比例再充入 CO和 H2
③某溫度下，將2mol CO和6mol H2充入2L的恒容密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為
80%
80%
，此時的溫度為
250°C
250°C
（從上表中選擇）；
④恒溫下，1mol CO和nmol H2在一個容積可變的密閉容器中反應達到平衡后，生成a molCH3OH．若起始時放入3molCO+3nmolH2，則達平衡時生成CH3OH
3a
3a
mol．
（2）某實驗小組依據(jù)甲醇燃燒的反應原理，設(shè)計如圖所示的原電池裝置．
①該電池工作時，OH-向
負
負
極移動（填“正”或“負”），
②該電池正極的電極反應式為
O2+2H2O+4e-=4OH-
O2+2H2O+4e-=4OH-
．

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科目：高中化學 來源： 題型：閱讀理解

（一）恒溫恒容下，將2mol A氣體和2mol B氣體通入體積為2L的密閉容器中發(fā)生如下反應：2A（g）+B（g）?x C（g）+2D（s），2min時反應達到平衡狀態(tài)，此時剩余1.2mol B，并測得C的濃度為1.2mol?L-1．
（1）從開始反應至達到平衡狀態(tài)，生成C的平均反應速率為
0.6mol/（L?min）
0.6mol/（L?min）
．
（2）x=
3
3
．
（3）A的轉(zhuǎn)化率與B的轉(zhuǎn)化率之比為
2：1
2：1
．
（4）下列各項可作為該反應達到平衡狀態(tài)的標志的是
B
B
．
A．壓強不再變化        B．氣體密度不再變化
C．A的消耗速率與B的消耗速率之比為2：1
（二）能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上合成甲醇的反應原理為：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H，
下表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．
溫度 250℃ 300℃ 350℃
K 2.041 0.270 0.012
①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷△H
＜
＜
0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②在300℃時，將2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容積為1L的密閉容器中，此時反應將
A
A
．
A．向正方向移動   B．向逆方向移動   C．處于平衡狀態(tài)   D．無法判斷
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（l）△H=-1451.6kJ?mol-1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H=-566.0kJ?mol-1
寫出該條件下甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：
CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
CH3OH（l）+O2（g）═CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol
．
（3）以甲醇、氧氣為原料，KOH溶液作為電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池總反應為：2CH3OH+3O2+4KOH═2K2CO3+6H2O，則正極的電極反應式為
O2+2H2O+4e-═4OH-
O2+2H2O+4e-═4OH-
，隨著反應的不斷進行溶液的pH
減小
減小
（填“增大”“減小”或“不變”）．
（4）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應式為
2Cl--2e-═Cl2↑
2Cl--2e-═Cl2↑
．

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科目：高中化學 來源： 題型：

（2012?紅橋區(qū)一模）能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO （g）+2H2 （g）?CH3OH （g）△H1
反應Ⅱ：CO2（g）+3H2 （g）?CH3OH （g）+H2O （g）△H2
①上述反應符合．“原子經(jīng)濟”原則的是
Ⅰ
Ⅰ
（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）；
②下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．
溫度 250℃ 300℃ 350℃
K 2.041 0.270 0.012
由表中數(shù)據(jù)判斷△H1
＜
＜
0（填“＞”、“=”或“＜”），反應Ⅰ的平衡常數(shù)的表達式是
c(CH3OH)
c(CO)c2(H2)
c(CH3OH)
c(CO)c2(H2)
．
③某溫度下，將2mol CO和6mol H2充入2L的密閉容器中，按反應Ⅰ充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為
80%
80%
．
（2）根據(jù)如圖所示的能量變化寫出由碳轉(zhuǎn)化成CO的熱化學方程式
C（s）+1/2O2（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol
C（s）+1/2O2（g）=CO （g）△H=-110.6 kJ/mol
．
（3）某同學設(shè)計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO4混合溶液，其裝置如下1圖：

①寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O
．
③理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如題2圖所示（氣體體積已換算成標準狀況下的體積），寫出在t1后，石墨電極上的電極反應式
4OH--4e-=O2↑+2H2O
4OH--4e-=O2↑+2H2O
；在t2時所得溶液的pH約為
1
1
．（溶液體積變化忽略不計）

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