Question

甲醇是一種可再生能源，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用．工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇，如：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化．

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）圖表示使用和未使用催化劑時(shí)反應(yīng)過(guò)程和能量的對(duì)應(yīng)關(guān)系．下列有關(guān)催化劑的說(shuō)法不正確是

 

A．降低分子的能量　　　　　　
B．增加了活化分子數(shù)
C．提高了活化分子百分?jǐn)?shù)　　　
D．增加了單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)
（2）從反應(yīng)開(kāi)始到建立平衡，用H₂表示的凈反應(yīng)平均速率（v_凈=v_正-v_逆）v（H₂）=

 

，該過(guò)程中釋放

 

kJ熱量．該溫度T₁℃下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為

 

（填具體數(shù)值）．
（3）在T₂℃下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，達(dá)平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．比較：T₂

 

T₁ （填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）合成氣經(jīng)壓縮升溫后進(jìn)入10m³甲醇合成塔，在催化劑作用下，通過(guò)反應(yīng)進(jìn)行甲醇合成，T₃℃下此反應(yīng)的平衡常數(shù)為160．此溫度下，在密閉容器中加入CO、H₂，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	CO	H2	CH3OH
濃度/（mol?L-1）	0.1	0.2	0.4

比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大�。簐正

 

v逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．生產(chǎn)過(guò)程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，其目的是

 

．
（5）如圖3為常用筆記本電腦所用甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖如．電池總反應(yīng)為2CH₃OH+3O₂?2CO₂+4H₂O．在電腦的使用過(guò)程中，電池的溫度往往因?yàn)楦鞣N原因會(huì)升高，試判斷溫度升高時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K將

 

（填：“增大”、“減小”或“不變”）．溫度升高

 

（填：“有利”或“不利于”）電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能．該裝置中

 

（填：“a”或“b”）為電池的負(fù)極，該電極反應(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)平衡建立的過(guò)程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）使用催化劑通過(guò)改變反應(yīng)的歷程，降低反應(yīng)的活化能，增加了活化分子數(shù)目及其百分含量而加快反應(yīng)速率；
（2）依據(jù)圖1寫(xiě)出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，依據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算生成0.75mol/L×2L=1.5mol乙醇放出的熱量；
由圖2計(jì)算用CO表示的反應(yīng)速率，再利用反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比來(lái)計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率，利用各物質(zhì)平衡的濃度來(lái)計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；
（3）根據(jù)起始量和平衡量計(jì)算轉(zhuǎn)化率，計(jì)算T2時(shí)K值，比較K1和K2判斷T1和T2大�。�
（4）計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
生產(chǎn)過(guò)程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，提高原料的利用率；
（5）2CH₃OH+3O₂?2CO₂+4H₂O為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆向移動(dòng)，據(jù)此判斷K變化；
依據(jù)氫離子的移動(dòng)方向判斷燃料電池的電極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)．

解答： 解：（1）使用催化劑通過(guò)改變反應(yīng)的歷程，降低反應(yīng)的活化能，增加了活化分子數(shù)目及其百分含量而加快反應(yīng)速率；
故選：A；
（2）依據(jù)圖1寫(xiě)出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-91KJ/mol，
依據(jù)圖2可知反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)生成乙醇1.5mol，反應(yīng)熱為：-91KJ/mol×1.5mol=-136.5KJ/mol，放出熱量136.5KJ；
由圖2可知，反應(yīng)中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時(shí)達(dá)到平衡，
所以V（CO）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以V（H₂）=2V（CO）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
依據(jù)方程式：
     CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）
開(kāi)始 1mol/L     2mol/L              0
轉(zhuǎn)化 0.75mol/L   1.5mol/L        0.75mol/L
平衡 0.25mol/L   0.5mol/L         0.75mol/L
所以該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

0.75mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=12 L²?mol^-2，
故答案為：0.15mol?L^-1?min^-1；136.5；12 （L²?mol^-2）；
（3）達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則轉(zhuǎn)化的CO的物質(zhì)的量為2.0mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，
所以CO的轉(zhuǎn)化率為

1.6mol

2.0mol

×100%=80%，
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1mol/L   3mol/L      0
轉(zhuǎn)化：0.8mol/L  1.6mol/L 0.8mol/L
平衡：0.2mol/L  1.4mol/L 0.8mol/L
則K′=

0.8mol/L

0.2mol/L×(1.4mol/L)2

=2.041（mol/L）^-2，
反應(yīng)為放熱反應(yīng)，K＞K′，溫度升高平衡向逆向移動(dòng)，所以T₂＞T₁；
故答案為：80%；＞；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知，10min時(shí)氫氣的濃度為0.2mol/L、CO的濃度為0.1mol/L、甲醇的濃度為0.4mol/L，則此時(shí)的濃度商Qc=

0.4

0．22×0.1

=100，小于平衡常數(shù)160，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，故V_正＞V_逆；
生產(chǎn)過(guò)程中，合成氣要進(jìn)行循環(huán)，提高原料的利用率；
故答案為：＞；提高原料利用率；
（5）2CH₃OH+3O₂?2CO₂+4H₂O為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K將減小，不利用電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；
依據(jù)氫離子移向可知b電極為正極，a電極為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在b極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺；
故答案為：減�。徊焕�；a；CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂↑+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及電化學(xué)、熱化學(xué)以及化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的綜合知識(shí)的考查，注意化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算及其意義，題目難度中等．