Question

甲醇（CH₃OH）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）
t℃時，往1L密閉容器中充入1mol CO和2molH₂．10min后，反應達到平衡，并測得CH₃OH（g）的濃度為0.8mol?L^-1．
（1）①該時間內(nèi)反應速率v（H₂）=

 

．t℃時，該反應的化學平衡常數(shù)K=

 

（mol?L^-1）^-2
②下列各項中，能說明該反應已達到平衡的是

 

（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，測得v_正（CO）=v_逆（CH₃OH）
c．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的氣體密度不發(fā)生變化
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2mol H₂，同時生成1mol CH₃OH（g）
（2）如圖1是該反應在T₁、T₂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若保持容器容積不變，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
則，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=

 

kJ?mol^-1．
（4）我國在甲醇燃料電池技術(shù)方面已獲得重大突破．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

 

．
②該電池正極的電極反應式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,用蓋斯定律進行有關(guān)反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）①根據(jù)三段式結(jié)合V=

△c

△t

，平衡常數(shù)指平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值進行計算；
②化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量不變，以此進行判斷；
（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）根據(jù)蓋斯定律進行計算焓變；
（4）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．

解答： 解：（1）①可逆反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
            開始     1      2          0
            轉(zhuǎn)化    0.8     1.6        0.8
            平衡    0.2     0.4        0.8
所以該時間內(nèi)反應速率v（H₂）=

1.6mol 1L

10min

=0.16mol/（L?min）
平衡常數(shù)K=

c(CH 3OH)

c(CO)?c 2(H 2)

=

0.8

0.2×0.4 2

=25，
故答案為：0.16mol/（L?min）；25；
②a．反應前后氣體的體積不等，恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，可說明達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．一定條件下，因為反應速率之比等于系數(shù)之比，所以v_正（CO）=v_逆（CH₃OH）=以v_逆（CO），可說明正逆反應速率相等，達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在密度不變的特征，不能說明達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2mol H₂，同時生成1molCH₃OH，都指正反應方向，不能說明達到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：a、b；
（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，故錯誤；
故選b；
（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
則（①-②）×

1

2

得，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=

b-a

2

kJ?mol^-1，故答案為：

b-a

2

；
（4）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；
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．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷、外界條件對平衡移動的影響以及蓋斯定律的應用和燃料電池的原理等問題，題目難度中等，本題注意把握計算方法以及平衡常數(shù)的運用．