Question

甲醇是一種可再生能源，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），現(xiàn)在實驗室模擬該反應并進行分析．

（1）下列各項中，不能夠說明該反應已達到平衡的是

 

（填序號）．
A．恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發(fā)生變化
B．一定條件下，CH₃OH的分解速率和CH₃OH的生成速率相等
C．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
D．一定條件下，單位時間內消耗1mol CO，同時生成1mol CH₃OH
（2）如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉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)大小關系是K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
③若容器容積不變，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）甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①請寫出c口通入的物質發(fā)生的電極反應式

 

．
②工作一段時間后，當0.2mol甲醇完全反應生成CO₂時，有

 

mol電子轉移．
（4）利用圖3裝置，可以模擬鐵的電化學防護．
若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關K應該置于

 

 （填“M”或“N”）處．
若X為鋅，開關K置于（填“M”或“N”）處，該電化學防護法稱為

 

．

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數(shù)之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（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；
③化學平衡正向移動可增加甲醇產(chǎn)率；
（3）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，根據(jù)電極反應以及電子守恒來計算轉移電子的量；
（4）作原電池正極或作電解池陰極的金屬被保護．

解答： 解：（1）A．由方程式可以看出，反應前后氣體的物質的量不相等，只有達到平衡狀態(tài)，容器壓強不發(fā)生變化，能判斷反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，即正逆反應速率相等，所以能判斷反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C、一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變是平衡的標志，故C錯誤；
D、一定條件下，單位時間內消耗2molCO，同時生成1mol CH₃OH，只能表明正反應速率，不能表示正逆反應速率相等，故D正確．
故選D．
（2）①反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，反應向右進行，一氧化碳的轉化率增大，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，＜0，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A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B正確；
C、使用合適的催化劑不會引起化學平衡的移動，甲醇的轉化率不變，故C錯誤；
D、若容器容積不變，充入He，使體系總壓強增大，單質各組分的濃度不變，化學平衡不移動，甲醇的轉化率不變，故D錯誤；
故選B；
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，氧氣作正極，電解質中的陽離子移向正極，所以b口通入的物質為甲醇，c口通入的物質為氧氣，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；
②當0.2mol甲醇完全反應生成CO₂時，根據(jù)總反應：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，轉移電子1.2mol；
故答案為：1.2；
（4）作原電池正極或作電解池陰極的金屬被保護，若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，則鐵應作電解池陰極，所以開關K應該置于處N處；
若X為鋅，開關K置于M處，該裝置構成原電池，鋅易失電子作負極，鐵作正極而被保護，該電化學防護法稱為犧牲陽極的陰極保護法，
故答案為：N；M；犧牲陽極的陰極保護法．

點評：本題是一道關于化學平衡狀態(tài)的判斷、化學平衡的移動以及燃料電池的工作原理知識的考題，金屬的腐蝕與防護，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度不大．