Question

甲醇來源豐富，價格低廉，是一種重要的化工原料，有著非常重要、廣泛的用途．工業(yè)上通常用水煤氣在恒容、催化劑和加熱的條件下生產甲醇，其熱化學方程式為：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
（1）該反應的平衡常數(shù)表達式為：K=

 

，如升高溫度，K值將

 

（填：增大、減小或不變）．
（2）以下各項不能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是

 

．
A、混合氣體的密度保持不變         
B、甲醇的質量分數(shù)保持不變
C、CO的濃度保持不變              
D、2v_逆（H₂）=v_正（CH₃OH）
（3）在210⁰C、240⁰C和270⁰C三種不同溫度、2L恒容密閉容器中研究合成甲醇的規(guī)律．
圖1是上述三種溫度下不同的H₂和C0的起始組成比（起始時CO的物質的量均為1mol）與CO平衡轉化率的關系，則曲線Z對應的溫度是

 

．由起始達到 a 點所需時間為 5min，則 H₂的反應速率 mol/（L?min）

 

．

（4）某興趣小組設計了如圖2所示的甲醇燃料電池裝置．
①該電池工作時，正極是

 

極（填“a”或“b”）；
②該電池負極反應的離子方程式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡常數(shù)的含義,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：

分析：（1）平衡常數(shù)等于生成物與反應物的濃度冪的之積，正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動；
（2）反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理量也不變，以此判斷；
（3）正反應放熱，則升高溫度CO的轉化率降低；a 點CO的轉化率為50%，以此計算氫氣的物質的量濃度的變化，進而計算反應速率；
（4）燃料電池中通入氧氣的為正極，通入甲醇的為負極，負極發(fā)生氧化反應．

解答： 解：（1）平衡常數(shù)等于生成物與反應物的濃度冪的之積，為

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

，正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，則平衡常數(shù)減小，
故答案為：K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；減小；
（2）A、因容器體積不變，則無論受否達到平衡狀態(tài)，則混合氣體的密度保持不變，不能用于判斷是否達到平衡，故A錯誤；       
B、甲醇的質量分數(shù)保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C、CO的濃度保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故C正確；            
D、2v_逆（H₂）=v_正（CH₃OH），正逆反應速率不等，沒有達到平衡狀態(tài)，姑姑D錯誤．
故答案為：AD；
（3）該反應為放熱反應，溫度越高CO的轉化率越小，所以曲線X為210℃，由圖象可知曲線Z為270℃，
a 點CO的轉化率為50%，則△n（CO）=0.5mol，△n（H₂）=1mol，
H₂的反應速率為

1mol 2L

5min

=0.1mol/（L?min），
故答案為：270℃； 0.1mol/（L?min）；
（4）①燃料電池中通入氧氣的為正極，發(fā)生還原反應，故答案為：a；
②甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．

點評：本題綜合性較大，涉及化學平衡常數(shù)、化學平衡影響因素以及電化學知識等，為高考常見題型，側重于學生的分析、計算能力的考查，難度較大．