Question

為了節(jié)能減排、緩解能源短缺，我國大力開發(fā)甲醇等可再生的新能源．工業(yè)上根據(jù)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H合成甲醇．
（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)可表示為K=

 

，已知K（250℃）=2.041，K（300℃）=0.270，則該反應(yīng)的△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）250℃時，將2mol CO和6mol H₂充入4L的密閉容器中，經(jīng)5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，測得c（CO）=0.1mol?L^-1，則用H₂表示的化學(xué)反應(yīng)速率為

 

mol/（L?min），此時CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（3）保持容器容積不變，下列措施能提高甲醇產(chǎn)率的是

 

．
a．充入稀有氣體，增大體系壓強(qiáng)          b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．升高反應(yīng)溫度或使用催化劑            d．按原比例再充入 CO和 H₂
（4）甲醇燃料電池的工作原理如圖所示．
①該電池工作時，c口通入的物質(zhì)發(fā)生

 

反應(yīng)；
②該電池負(fù)極電極反應(yīng)為：

 

；
③該燃料電池中9.6g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子為

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式寫出反應(yīng)的CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）平衡常數(shù)K；根據(jù)K（250℃）=2.041，K（300℃）=0.270可知，溫度升高平衡常數(shù)減小，數(shù)目升高溫度平衡向著逆向移動，據(jù)此判斷該反應(yīng)的焓變；
（2）根據(jù)5min內(nèi)一氧化碳的濃度變化計(jì)算出用H₂表示的化學(xué)反應(yīng)速率；根據(jù)一氧化碳濃度減小的量計(jì)算出其轉(zhuǎn)化率；
（3）能提高甲醇產(chǎn)率，說明改變條件后平衡向著正向移動，根據(jù)化學(xué)平衡及其影響因素對各選項(xiàng)進(jìn)行判斷；
（4）①根據(jù)氫離子移動方向知，右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，c口通入氧氣發(fā)生還原反應(yīng)；
②負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
③根據(jù)甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計(jì)算．

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

c(CH 3OH)

c(CO)?c2(H 2)

；
已知K（250℃）=2.041，K（300℃）=0.270，升高溫度后平衡常數(shù)減小，說明升高溫度化學(xué)平衡向著逆向移動，該反應(yīng)的逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為 放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：

c(CH 3OH)

c(CO)?c2(H 2)

；＜；
（2）250℃時，將2mol CO和6mol H₂充入4L的密閉容器中，反應(yīng)前一氧化碳的濃度為：0.5mol/L，經(jīng)5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，測得c（CO）=0.1mol?L^-1，CO的濃度變化為：0.5mol/L-0.1mol/L=0.4mol/L，則5min內(nèi)氫氣消耗的濃度為：0.4mol/L×2=0.8mol/L，則用H₂表示的化學(xué)反應(yīng)速率為：v=

0.8mol/L

5min

=0.16mol/（L?min）；
達(dá)到平衡狀態(tài)時CO的轉(zhuǎn)化率為：

0.4mol/L

0.5mol/L

×100%=80%，
故答案為：0.16； 80%；        
（3）a．充入稀有氣體，增大體系壓強(qiáng)：由于各組分的濃度不變，所以化學(xué)平衡不發(fā)生移動，甲醇的產(chǎn)率不會增加，故a錯誤；         
 b．將CH₃OH（g）從體系中分離：生成物濃度減小，化學(xué)平衡向著正向移動，可以提高甲醇的產(chǎn)率，故b正確；
c．升高反應(yīng)溫度或使用催化劑：升高溫度，平衡向著逆向移動，甲醇的產(chǎn)率減�。皇褂么呋瘎┎挥绊懠状嫉霓D(zhuǎn)化率，故c錯誤；            
d．按原比例再充入一氧化碳和氫氣：該反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，再按照原比例充入一氧化碳和氫氣后，相當(dāng)于增大了壓強(qiáng)，平衡向著正向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，故甲醇的產(chǎn)率增大，故d正確；
故答案為：bd；
（4）①據(jù)氫離子移動方向知，右側(cè)電極為正極，左側(cè)電極為負(fù)極，c口通入的是氧氣，氧氣在反應(yīng)中達(dá)到電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，
故答案為：還原；
②正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水，電極反應(yīng)式為：3O₂+12H⁺+12e^-=6H₂O，負(fù)極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂↑+12H⁺，
故答案為：2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
③根據(jù)2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺知，甲醇和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式得，當(dāng)9.6g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：

9.2g

32g/mol

×6=1.8mol，
故答案為：1.8．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡及其影響因素、原電池工作原理等知識，題目難度中等，試題題量較大，涉及的知識點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況，注意明確化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的概念及計(jì)算方法，明確原電池工作原理，能夠正確書寫電極反應(yīng)式．