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，研究甲醇具有重要意義。有人模擬用CO和H2合成甲醇，其反應(yīng)為：CO(g) + 2H２(g) CH3OH(g) △H<0

（1）在容積固定為1L的密閉容器內(nèi)充入2 mol CO和4 mol H2發(fā)生上述反應(yīng)，20min時(shí)用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.4	10.2	8.4	7.0	6.2	6.2

則反應(yīng)從開始到20min時(shí)，以CO濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(CO)=_________mol/(L·min)，該溫度下平衡常數(shù)K=___________，若平衡后增大壓強(qiáng)，則K值_________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

（2）在恒溫恒容的密閉容器中，不能判定CO(g)+2H２(g) CH3OH(g) △H<0，反應(yīng)達(dá)到平衡的是___________；

A、壓強(qiáng)保持不變 B、氣體的密度保持不變

C、氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變 D、速率v（H２）：v（CH3OH）=2：1

（3）如圖是甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖，C是________（填“正”或“負(fù)”）極，寫出此電極的電極反應(yīng)式__________________________________________。

（4）若以該電池為電源，用石墨做電極電解100mL CuSO4溶液，電解一段時(shí)間后，兩極均收集到11.2L的氣體（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），則原CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為________mol/L。

Answer 1

【答案】 0.075 3(mol/L)-2 不變 BD 負(fù) CH3OH＋8OH-－6e－=CO32-＋6H2O 5

【解析】(1)由表中數(shù)據(jù)可知，20min反應(yīng)到達(dá)平衡，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為(2+4)mol×=3mol，根據(jù)三段式求出平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，然后根據(jù)v=計(jì)算v(CO)；根據(jù)K=計(jì)算平衡常數(shù)；平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；

(2)可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，據(jù)此判斷；

(3)根據(jù)電子的流動(dòng)方向可知，電極C為負(fù)極，據(jù)此分析解答；

(4)用石墨做電極電解100mL CuSO4溶液，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，陰極上銅離子和氫離子放電，根據(jù)得失電子守恒求出生成的銅的物質(zhì)的量，原CuSO4溶液的物質(zhì)的量與銅的物質(zhì)的量相等，據(jù)此分析解答。

(1)由表中數(shù)據(jù)可知，20min反應(yīng)到達(dá)平衡，恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為(2+4)mol×=3mol，設(shè)反應(yīng)的CO物質(zhì)的量為x，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol)：2 4 0

變化量(mol)：x 2x x

平衡量(mol)：2-x 4-2x x

則(2-x)+(4-2x)+x=3mol，解得x=1.5mol，

從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率v(CO)==0.075mol/(Lmin)；該溫度下平衡常數(shù)K===3(mol/L)-2；若平衡后增大壓強(qiáng)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故答案為：0.075；3(mol/L)-2；不變；

(2)A、該反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，壓強(qiáng)保持不變，能夠說(shuō)明是平衡狀態(tài)，不選；B、氣體的體積不變，質(zhì)量不變，氣體的密度始終保持不變，不能說(shuō)明是平衡狀態(tài)，選；C、該反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，質(zhì)量不變，氣體平均摩爾質(zhì)量保持不變，能夠說(shuō)明是平衡狀態(tài)，不選；D、任何時(shí)候都存在v(H2)：v(CH3OH)=2：1，不能說(shuō)明是平衡狀態(tài)，選；故選BD；

(3)根據(jù)電子的流動(dòng)方向可知，電極C為負(fù)極，通入的是氣體燃料甲醇，電極D為正極，通入的是氧氣或空氣，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH3OH＋8OH-－6e－=CO32-＋6H2O，故答案為：負(fù)；CH3OH＋8OH-－6e－=CO32-＋6H2O；

(4)用石墨做電極電解100mL CuSO4溶液，陽(yáng)極上氫氧根離子放電生成氧氣，物質(zhì)的量為=0.5mol，陰極上開始為銅離子放電，后來(lái)氫離子放電生成氫氣，其中氫氣的物質(zhì)的量為=0.5mol，根據(jù)得失電子守恒，生成的銅的物質(zhì)的量==0.5mol，則原CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為=0.5mol/L故答案為：0.5。