Question

【題目】能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開犮和應(yīng)用前景。工業(yè)上通過媒的氣化生成的CO和H2合成甲醇，反應(yīng)原理為：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)

(1)在一容積可變的密閉容器中充有10 mol CO和20mol H2，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇。CO的平衡轉(zhuǎn)化率(a)與溫度(T)、壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖1所示。

①合成甲醇的反應(yīng)為_____(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。判斷理由是_________。平衡常數(shù)KA_____KC(填“>”、“<”或“=”)。

②下列有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是_____(填字母序號(hào))。

A.當(dāng)v(CO)生成=2v消耗(H2) 時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B.其它條件不變，只改變CO和H2的投料量，該反應(yīng)的焓變發(fā)生改變

C.在反應(yīng)過程中混合氣體的密度和相對平均分子質(zhì)量均不發(fā)生變化

D.使用催化劑可以減小反應(yīng)的活化能

(2)下列措施可以提高甲醇產(chǎn)率的是________。

A.壓縮容器體積

B.恒容條件下充入He，使體系總壓強(qiáng)增大

C.將CH3OH (g)從體系中分離

D.恒壓條件下再充入10mol CO和20mol H2

(3)甲醇一一空氣燃料電池裝置如圖2所示。

①該電池甲電極的電極反應(yīng)式為_________。

②若用此甲醇燃料電池電解200mL —定濃度NaCl與CuSO4的混合溶液（電極為惰性電極，不參與反應(yīng)），電極產(chǎn)生氣體體積（標(biāo)況下）與電解時(shí)間的關(guān)系圖如圖3所示，此溶液中硫酸銅的濃度為______mol/L。

Answer 1

【答案】 放熱 從圖1可以看出，在壓強(qiáng)不變的情況下，隨溫度T的升高，CO 轉(zhuǎn)化率減低，說明平衡逆向移動(dòng)，則正向?yàn)榉艧岱磻?yīng) > BD AC CH3OH +H2O-6e-=CO2+6H+ 0.1

【解析】(1)①由圖可知，隨溫度升高CO的轉(zhuǎn)化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；對于上述反應(yīng)溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以A、C二點(diǎn)的平衡常數(shù)KA＞KC；

②A.v(CO)生成與v消耗(H2) 均為逆反應(yīng)速率，無法判斷是平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；B.該反應(yīng)的焓變與反應(yīng)物的用量有關(guān)，故B正確；C.在反應(yīng)過程中體積和混合氣體的質(zhì)量始終不變，但混合氣體的總物質(zhì)的量改變，則混合氣體的密度不變，相對平均分子質(zhì)量改變，故C錯(cuò)誤；D.使用催化劑可以減小反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，故D正確；答案為BD；

(2)A.壓縮容器體積，平衡正向移動(dòng)，可以提高甲醇產(chǎn)率，故A正確；B.恒容條件下充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，但平衡不移動(dòng)，不可以提高甲醇產(chǎn)率，故B錯(cuò)誤；C.將CH3OH (g)從體系中分離，促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，可以提高甲醇產(chǎn)率，故C正確；D.恒壓條件下再充入10molCO和200mol H2，相當(dāng)于兩個(gè)平衡狀態(tài)相加，平衡不移動(dòng)，可以增加甲醇的產(chǎn)量，但不可以提高甲醇產(chǎn)率，故D錯(cuò)誤；答案為AC。

(3)①燃料電池工作時(shí)質(zhì)子(H+)向正極移動(dòng)，則甲電極為負(fù)極，甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為CH3OH +H2O-6e-=CO2+6H+；

②結(jié)合圖可知，電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，陽極發(fā)生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極發(fā)生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，所以陽極上先產(chǎn)生氣體，曲線Ⅱ表示陽極產(chǎn)生氣體的變化；Ⅰ為陰極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，Ⅱ?yàn)殛枠O氣體體積與時(shí)間的關(guān)系由圖可知，產(chǎn)生氯氣為224mL，由t2時(shí)生成氧氣為112mL，n(O2)= =0.005mol，則共轉(zhuǎn)移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，根據(jù)電子守恒及Cu2++2e-=Cu可知，n(CuSO4)= =0.02mol，所以c(CuSO4)= =0.1mol/L。