Question

能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問(wèn)題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H

（1）已知，該反應(yīng)在300℃，5MPa條件下能自發(fā)進(jìn)行，則△H

 

0，△S

 

0 （填“＜，＞或=”）．
（2）在300℃，5MPa條件下，將0.20mol的 CO與0.58mol H₂的混合氣體充入2L密閉容器發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化如圖1所示．
①在0～2min內(nèi)，以H₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

mol?L^-1?s^-1．
②列式計(jì)算300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
③300℃時(shí)，將0.50mol CO、1.00mol H₂和1.00mol CH₃OH充入容積為2L的密閉容器中，此時(shí)反應(yīng)將

 

．
A．向正方向移動(dòng)   B．向逆方向移動(dòng)   C．處于平衡狀態(tài)   D．無(wú)法判斷
④下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

A．壓縮容器體積                B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大     D．再充入0.20mol CO和0.58mol H₂
（3）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動(dòng)汽車的車載電池，該燃料電池的電池反應(yīng)式為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）．其工作原理示意圖如圖2：
在上圖的橫線上標(biāo)出a、b、c、d四個(gè)出入口通入或排出的物質(zhì)名稱（或化學(xué)式）負(fù)極的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的調(diào)控作用

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）當(dāng)△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，結(jié)合方程式分析即可；
（2）①據(jù)圖分析出△c和△t即可求出；
②利用三段式法解答；
③據(jù)該溫度下的K和Qc比較，當(dāng)K＞Qc時(shí)平衡正向移動(dòng)，K＜Qc時(shí)平衡逆向移動(dòng)；
④結(jié)合影響平衡移動(dòng)的因素，使平衡正向移動(dòng)即可；
（3）甲醇-空氣燃料電池是甲醇和氧氣反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)，甲醇在反應(yīng)中失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)在原電池中做負(fù)極，反應(yīng)生成二氧化碳，氧氣再正極上得到電子生成氫氧根離子，依據(jù)質(zhì)子交換最終生成水；電極反應(yīng)依據(jù)電池反應(yīng)和正極電極反應(yīng)計(jì)算得到．

解答： 解：（1）該反應(yīng)的反應(yīng)物有3mol氣體，生成物有1mol氣體，所以△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行△H-T△S＜0，故△H必須小于0，故答案為：＜；＜；
（2）①2min時(shí)，甲醇濃度變化0.02mol/L，則氫氣濃度變化為0.04mol/L，v（H₂）=

△c

△t

=

0.04mol/L

2min

=0.02mol/（L?min）^-1
故答案為：0.02；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
加入的（mol/L）  0.10    0.29       0
反應(yīng)的（mol/L）  0.02    0.04      0.02
平衡后（mol/L）  0.08    0.25      0.02
K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.02

0.08×0.252

（mol/L）^-2=4（mol/L）^-2
故答案為：K=4（mol/L）^-2；
③Qc=K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.50

0.25×0.502

=8＞K=4，所以平衡逆向移動(dòng)，選B，
故答案為：B；
④A、對(duì)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)物氣體體積大于生成物，壓縮容器體積時(shí)，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，A正確；
B、分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)可增加甲醇產(chǎn)率，故B正確；
C、充入He，不影響各氣體的分壓，平衡不移動(dòng)，不能增加甲醇產(chǎn)率，故C錯(cuò)誤；
D、體積不變，再充入反應(yīng)物氣體，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，故D正確．
故選：ABD；
（3）①甲醇-空氣燃料電池是甲醇和氧氣反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)，甲醇在反應(yīng)中失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)在原電池中做負(fù)極，反應(yīng)生成二氧化碳，氧氣再正極上得到電子生成氫氧根離子，依據(jù)質(zhì)子交換最終生成水；所以a放出CO₂；b通入甲醇水溶液；c通入O₂；d流出水；標(biāo)注如圖：
，
電池反應(yīng)為：2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）；
電池正極反應(yīng)為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
電池反應(yīng)-正極反應(yīng)×3得到負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺；
故答案為：；CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱的計(jì)算、原電池的產(chǎn)物判斷和電極判斷，電極反應(yīng)，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，理解概念是關(guān)鍵，原電池原理是�？贾攸c(diǎn)，題目難度中等．