Question

【題目】工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：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)的濃度隨時間變化圖。

請回答下列問題

（1）在“圖1”中，曲線______（填a或b）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于_____________（填吸熱、放熱）反應(yīng)。

（2）從反應(yīng)開始到建立平衡， v(H2)=________；反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，下列有關(guān)敘述正確的是______ 。

a.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

b.反應(yīng)放熱182 kJ

c.若升溫，該反應(yīng)的v(正)增大，v(逆)減小

d.若向容器內(nèi)通入少量氫氣，則此時v(正)>v(逆)

（3）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染電動汽車的車載電池，該燃料電池的電池反應(yīng)式為：2CH3OH(l)＋ 3O2(g)==2CO2(g)＋4 H2O(l)。其工作原理示意圖如下：

①上圖的出入口通入或排出的物質(zhì)名稱（或化學(xué)式）b________ ，a_____________.

②負(fù)極的電極反應(yīng)式為_____________________________________。電池中放電過程中負(fù)極附近溶液的pH將_____________(填“下降”、“上升”或“不變”)；

（4）最近，又有科學(xué)家制造出一種固體電解質(zhì)的燃料電池，其效率更高。一個電極通入空氣，另一個電極通入汽油蒸氣。其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，它在高溫下能傳導(dǎo)O2－離子(其中氧化反應(yīng)發(fā)生完全)。以丁烷代表汽油。該電池的正極反應(yīng)式___________________________。該電池的負(fù)極反應(yīng)式__________________________________。放電時固體電解質(zhì)里的O2－離子的移動方向是向_________________極移動(填“正”或“負(fù)”)。

Answer 1

【答案】 b 放熱 0.15 mol/L.min-1 ad CH3OH CO2 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 下降 O2+4e-=2O2- C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O 負(fù)

【解析】（1）催化劑降低反應(yīng)的活化能，則在“圖1”中，曲線b表示使用了催化劑；反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)。（2）從反應(yīng)開始到建立平衡，生成甲醇是0.75mol/L，根據(jù)方程式可知消耗氫氣是1.5mol/L，則v(H2)＝1.5mol/L÷10min＝0.15 mol/L·min-1；a.正反應(yīng)體積減小，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變，a正確；b.生成甲醇是0.75mol/L，物質(zhì)的量是1.5mol，所以反應(yīng)放熱1.5×（510kJ－419kJ）＝136.5kJ，b錯誤；c.若升溫，正逆反應(yīng)速率均增大，c錯誤；d.若向容器內(nèi)通入少量氫氣，反應(yīng)物濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，則此時v(正)>v(逆)，d正確，答案選ad；

（3）①原電池中陽離子向正極移動，則根據(jù)圖中氫離子的移動方向可知右側(cè)電極是正極，左側(cè)是負(fù)極，因此b處通入的是甲醇，甲醇的氧化產(chǎn)物是CO2，則a處流出的是CO2；②甲醇在負(fù)極通入，負(fù)極的電極反應(yīng)式為 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。根據(jù)負(fù)極電極反應(yīng)式可知負(fù)極產(chǎn)生氫離子，則電池中放電過程中負(fù)極附近溶液的pH將下降；(4)氧氣在正極通入，由于傳遞的是氧離子，則該電池的正極反應(yīng)式為O2+4e-=2O2-。汽油在負(fù)極通入，該電池的負(fù)極反應(yīng)式為C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O。原電池中陰離子向負(fù)極移動，則放電時固體電解質(zhì)里的O2－離子的移動方向是向負(fù)極移動。