Question

(18分)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)。

(1)分析該反應并回答下列問題：

①平衡常數(shù)表達式為K＝__________________。

②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(nèi)的壓強不發(fā)生變化

B、一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等

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(nèi)消耗2 mol CO，同時生成1 mol CH₃OH

(2)下圖是該反應在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線。

①該反應的焓變ΔH________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)2009年10月，中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆。甲醇燃料電池的工作原理如下圖所示。

①該電池工作時，b口通入的物質(zhì)為______________，c口通入的物質(zhì)為_____________。

②該電池正極的電極反應式為：________。

③工作一段時間后，當6.4 g甲醇完全反應生成CO₂時，有_____________N_A個電子轉(zhuǎn)移。

 

Answer 1

【答案】

(1)①             ②  D

(2) ①<       ②>      ③B

(3) ① CH₃OH     O₂     ②O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O       ③1.2

【解析】

試題分析：（1）①根據(jù)方程式可知K=。②反應前后壓強改變，所以當壓強不變時反應達平衡，A可以判斷，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，則正逆反應速率相等，B可以判斷，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變，C可以判斷，單位時間內(nèi)消耗2 mol CO，同時生成1 mol CH₃OH，只有正反應速率沒有逆反應速率，D不能判斷。

（2）①根據(jù)圖像可知，溫度為t₂的曲線首先達到平衡狀態(tài)，說明反應速率快，因此t₂大于t₁。溫度高，CO的轉(zhuǎn)化率低，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此正反應是放熱反應，即△H＜0。②升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此平衡常數(shù)減小，即K₁＞K₂。③要增加甲醇產(chǎn)率，平衡要正向移動，升高溫度平衡逆向移動，將CH₃OH(g)從體系中分離平衡正向移動，使用合適的催化劑平衡不移動，充入He，使體系總壓強增大平衡不移動，所以選B。

（3）①根據(jù)H⁺的轉(zhuǎn)移方向可知，b是負極，應通入CH₃OH，c是正極，應通入O₂。②正極發(fā)生還原反應，電極反應為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O。③6.4 g甲醇完全反應生成CO₂時，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為=1.2N_A。

考點：化學平衡與原電池

點評：本題綜合性強，但考查的知識比較基礎，難度小。