Question

13．煤化工產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)品之一甲醇，是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，發(fā)達(dá)國(guó)家等一般通過CO和H₂化合制備甲醇（反應(yīng)恒溫恒容），該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
（1）下列描述中能說明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是AC；
A．容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變      
B．2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C．容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變        
D．單位時(shí)間內(nèi)生成nmol CO的同時(shí)生成2nmol H₂
（2）在容積固定的恒溫密閉容器中充入CO和H₂發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)在第4min時(shí)候達(dá)到其限度，此時(shí)容器中壓強(qiáng)與反應(yīng)前之比為3：5，容器內(nèi)物質(zhì)的各種物質(zhì)的量濃度如下表：

時(shí)間/濃度	c（CO）（mol/L）	c（H2）（mol/L）	c（CH3OH）（mol/L）
起始	0.200	0.300	0.000
第4min	a	b	c

則b=0.100
（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，其工作原理如圖所示，該燃料電池的電池反應(yīng)式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），則負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，如果該電池工作時(shí)電路中通過1.2mol電子，則消耗CH₃OH有0.2mol．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變；
（2）恒溫、恒容條件下，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量濃度之比等于其壓強(qiáng)之比，反應(yīng)前混合氣體物質(zhì)的量濃度之和=（0.200+0.300）mol/L=0.500mol/L，反應(yīng)前后混合氣體的壓強(qiáng)之比為5：3，則反應(yīng)后混合氣體物質(zhì)的量為0.300mol/L，利用差量法計(jì)算；
（3）燃料電池中，負(fù)極上通入燃料、正極上通入氧化劑，所以該燃料電池中，負(fù)極上甲醇失電子和水反應(yīng)生成二氧化碳、氫離子，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子和甲醇之間的關(guān)系式計(jì)算消耗甲醇的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）A．反應(yīng)前后混合氣體的物質(zhì)的量改變，所以反應(yīng)前后容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量改變，當(dāng)混合氣體平均摩爾質(zhì)量不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆，化學(xué)反應(yīng)速率之比不等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，證明正、逆速率不等，故B錯(cuò)誤；
C．對(duì)于氣體而言，該反應(yīng)不是一個(gè)等體積、等物質(zhì)的量的反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)隨著氣體的物質(zhì)的量的變化而變化，當(dāng)壓強(qiáng)不變說明處于化學(xué)平衡狀態(tài)，故C正確；
D．生成n molCO的同時(shí)生成2n mol H₂均代表逆反應(yīng)速率，不能說明正、逆速率相等，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC；
②恒溫恒壓條件下，氣體的壓強(qiáng)與物質(zhì)的量濃度成正比，平衡時(shí)氣體的濃度和為：（0.200+0.300）mol/L×$\frac{3}{5}$=0.300mol/L，△c=0.500mol/L-0.300mol/L=0.200mol/L，
CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△n
1        2         1        2
         x                  0.200mol/L
x=0.200mol/L，因此b=0.300mol/L-0.200mol/L=0.100mol/L，
故答案為：0.100；
（4）可燃物甲醇在負(fù)極失去電子生成二氧化碳，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，根據(jù)電極反應(yīng)式知，如果該電池工作時(shí)電路中通過1.2mol電子，則消耗CH₃OH物質(zhì)的量=$\frac{1.2mol}{6}×1$=0.2mol，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；0.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、原電池原理及化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，注意：只有反應(yīng)前后改變的物質(zhì)的量不變時(shí)該反應(yīng)才能達(dá)到平衡狀態(tài)，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，要結(jié)合電解質(zhì)溶液酸堿性書寫．