Question

Ⅰ．某一反應(yīng)體系中有反應(yīng)物和生成物共八種物質(zhì)：KMnO₄、SO₂、CuS、H₂SO₄、CuSO₄、K₂SO₄ MnSO₄、H₂O．反應(yīng)中氧化過(guò)程如下：CuS→SO₂．寫出并配平該反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

Ⅱ．如何降低大氣中 CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用碳資源是目前亟待解決的問(wèn)題
（1）工業(yè)上一般以 CO 和 H₂ 為原料合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，下列措施中既有利于增大反應(yīng)速率又有利于提高 CO 轉(zhuǎn)化率的是

 

A．隨時(shí)將 CH₃OH 與反應(yīng)混合物分離  B．降低反應(yīng)溫度   C．增大體系壓強(qiáng)      D．使用高效催化劑
（2）在容積為 2L 的恒容容器中，分別研究在 230℃、250℃和 270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖1是上述三種溫度下不同的 H₂和 CO 的起始組成比（起始時(shí) CO 的物質(zhì)的量均為 2mol）與 CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．在上述三種溫度中，曲線 Z 對(duì)應(yīng)的溫度是

 

，a 點(diǎn)混合氣體的平均分子量為

 

（小數(shù)點(diǎn)后保留兩位數(shù)字）
（3）如圖2所示是一種酸性燃料電池酒精檢測(cè)儀，具有自動(dòng)吹氣流量偵測(cè)與控制的功能，則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,氧化還原反應(yīng)方程式的配平,化學(xué)電源新型電池,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：I．該反應(yīng)中氧化過(guò)程為CuS→SO₂，CuS作還原劑，要使該反應(yīng)發(fā)生，需要氧化劑，酸性條件下KMnO₄具有強(qiáng)氧化性，所以可以作氧化劑，則MnSO₄為還原產(chǎn)物，溶液呈酸性，硫酸是反應(yīng)物，水是生成物，據(jù)此書(shū)寫方程式；
II．（1）該可逆反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，增大反應(yīng)速率又有利于提高CO轉(zhuǎn)化率，應(yīng)該增大壓強(qiáng)；
（2）該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率降低，所以Z表示最高溫度下的反應(yīng)；
a點(diǎn)時(shí)，n（H₂）/n（CO）=1.5，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)n（CO）=2mol，則開(kāi)始時(shí)n（H₂）=3mol，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，平衡時(shí)n（CO）=2mol×（1-50%）=1mol，n（H₂）=3mol-2×（2mol×50%）=2mol，n（CH₃OH）=1mol，平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量=1mol+2mol+1mol=4mol，混合氣體質(zhì)量=2mol×28g/mol+3mol×2g/mol=62g，根據(jù)M=

m

n

計(jì)算其平均相對(duì)分子質(zhì)量；
（3）該電池為燃料電池，交換膜為質(zhì)子交換膜，說(shuō)明溶液呈酸性，則負(fù)極上乙醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙酸，正極上氧氣得電子和氫離子反應(yīng)生成水．

解答： 解：I．該反應(yīng)中氧化過(guò)程為CuS→SO₂，CuS作還原劑，要使該反應(yīng)發(fā)生，需要氧化劑，酸性條件下KMnO₄具有強(qiáng)氧化性，所以可以作氧化劑，則MnSO₄為還原產(chǎn)物，溶液呈酸性，硫酸是反應(yīng)物，水是生成物，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等、原子守恒配平方程式為6KMnO₄+5CuS+14H₂SO₄=3K₂SO₄+6MnSO₄+5CuSO₄+5SO₂↑+14H₂O，
故答案為：6KMnO₄+5CuS+14H₂SO₄=3K₂SO₄+6MnSO₄+5CuSO₄+5SO₂↑+14H₂O；
II．（1）該可逆反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
A．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但反應(yīng)速率不變，故錯(cuò)誤；  
B．降低反應(yīng)溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但反應(yīng)速率減小，故錯(cuò)誤；  
C．增大體系壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)且反應(yīng)速率增大，故正確；     
D．使用高效催化劑，反應(yīng)速率增大，但平衡不移動(dòng)，故錯(cuò)誤；
故選C；
（2）該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率降低，所以Z表示最高溫度 270℃下的反應(yīng)；
a點(diǎn)時(shí)，n（H₂）/n（CO）=1.5，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)n（CO）=2mol，則開(kāi)始時(shí)n（H₂）=3mol，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，平衡時(shí)n（CO）=2mol×（1-50%）=1mol，n（H₂）=3mol-2×（2mol×50%）=2mol，n（CH₃OH）=1mol，平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量=1mol+2mol+1mol=4mol，混合氣體質(zhì)量=2mol×28g/mol+3mol×2g/mol=62g，根據(jù)M=

m

n

得混合氣體平均摩爾質(zhì)量=

62g

4mol

=15.5g/mol，氣體的摩爾質(zhì)量在數(shù)值上等于其相對(duì)分子質(zhì)量，所以該混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為15.50，
故答案為：270℃；15.50；
（3）該電池為燃料電池，交換膜為質(zhì)子交換膜，說(shuō)明溶液呈酸性，則負(fù)極上乙醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙酸，電極反應(yīng)式為CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺，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O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較綜合，涉及原電池原理、化學(xué)平衡計(jì)算、外界條件對(duì)化學(xué)平衡的影響、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析問(wèn)題、靈活運(yùn)用知識(shí)解答問(wèn)題能力，知道（1）中氧化劑的確定方法，了解常見(jiàn)的氧化劑、還原劑，題目難度中等．