Question

Ⅰ．某一反應體系中有反應物和生成物共八種物質：KMnO₄、SO₂、CuS、H₂SO₄、CuSO₄、K₂SO₄ MnSO₄、H₂O．反應中氧化過程如下：CuS→SO₂．寫出并配平該反應的化學方程式

 

Ⅱ．如何降低大氣中 CO₂的含量及有效地開發(fā)利用碳資源是目前亟待解決的問題
（1）工業(yè)上一般以 CO 和 H₂ 為原料合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，下列措施中既有利于增大反應速率又有利于提高 CO 轉化率的是

 

A．隨時將 CH₃OH 與反應混合物分離  B．降低反應溫度   C．增大體系壓強      D．使用高效催化劑
（2）在容積為 2L 的恒容容器中，分別研究在 230℃、250℃和 270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖1是上述三種溫度下不同的 H₂和 CO 的起始組成比（起始時 CO 的物質的量均為 2mol）與 CO平衡轉化率的關系．在上述三種溫度中，曲線 Z 對應的溫度是

 

，a 點混合氣體的平均分子量為

 

（小數(shù)點后保留兩位數(shù)字）
（3）如圖2所示是一種酸性燃料電池酒精檢測儀，具有自動吹氣流量偵測與控制的功能，則該電池的負極反應式為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,氧化還原反應方程式的配平,化學電源新型電池,轉化率隨溫度、壓強的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：I．該反應中氧化過程為CuS→SO₂，CuS作還原劑，要使該反應發(fā)生，需要氧化劑，酸性條件下KMnO₄具有強氧化性，所以可以作氧化劑，則MnSO₄為還原產(chǎn)物，溶液呈酸性，硫酸是反應物，水是生成物，據(jù)此書寫方程式；
II．（1）該可逆反應是反應前后氣體體積減小的放熱反應，增大反應速率又有利于提高CO轉化率，應該增大壓強；
（2）該反應的正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則CO的轉化率降低，所以Z表示最高溫度下的反應；
a點時，n（H₂）/n（CO）=1.5，反應開始時n（CO）=2mol，則開始時n（H₂）=3mol，CO的轉化率為50%，平衡時n（CO）=2mol×（1-50%）=1mol，n（H₂）=3mol-2×（2mol×50%）=2mol，n（CH₃OH）=1mol，平衡時混合氣體的物質的量=1mol+2mol+1mol=4mol，混合氣體質量=2mol×28g/mol+3mol×2g/mol=62g，根據(jù)M=

m

n

計算其平均相對分子質量；
（3）該電池為燃料電池，交換膜為質子交換膜，說明溶液呈酸性，則負極上乙醇失電子發(fā)生氧化反應生成乙酸，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水．

解答： 解：I．該反應中氧化過程為CuS→SO₂，CuS作還原劑，要使該反應發(fā)生，需要氧化劑，酸性條件下KMnO₄具有強氧化性，所以可以作氧化劑，則MnSO₄為還原產(chǎn)物，溶液呈酸性，硫酸是反應物，水是生成物，根據(jù)轉移電子相等、原子守恒配平方程式為6KMnO₄+5CuS+14H₂SO₄=3K₂SO₄+6MnSO₄+5CuSO₄+5SO₂↑+14H₂O，
故答案為：6KMnO₄+5CuS+14H₂SO₄=3K₂SO₄+6MnSO₄+5CuSO₄+5SO₂↑+14H₂O；
II．（1）該可逆反應是反應前后氣體體積減小的放熱反應，
A．隨時將CH₃OH與反應混合物分離，平衡向正反應方向移動，但反應速率不變，故錯誤；  
B．降低反應溫度平衡向正反應方向移動，但反應速率減小，故錯誤；  
C．增大體系壓強，平衡向正反應方向移動且反應速率增大，故正確；     
D．使用高效催化劑，反應速率增大，但平衡不移動，故錯誤；
故選C；
（2）該反應的正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則CO的轉化率降低，所以Z表示最高溫度 270℃下的反應；
a點時，n（H₂）/n（CO）=1.5，反應開始時n（CO）=2mol，則開始時n（H₂）=3mol，CO的轉化率為50%，平衡時n（CO）=2mol×（1-50%）=1mol，n（H₂）=3mol-2×（2mol×50%）=2mol，n（CH₃OH）=1mol，平衡時混合氣體的物質的量=1mol+2mol+1mol=4mol，混合氣體質量=2mol×28g/mol+3mol×2g/mol=62g，根據(jù)M=

m

n

得混合氣體平均摩爾質量=

62g

4mol

=15.5g/mol，氣體的摩爾質量在數(shù)值上等于其相對分子質量，所以該混合氣體的平均相對分子質量為15.50，
故答案為：270℃；15.50；
（3）該電池為燃料電池，交換膜為質子交換膜，說明溶液呈酸性，則負極上乙醇失電子發(fā)生氧化反應生成乙酸，電極反應式為CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺，正極上氧氣得電子和氫離子反應生成水，電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺．

點評：本題考查較綜合，涉及原電池原理、化學平衡計算、外界條件對化學平衡的影響、氧化還原反應等知識點，側重考查學生分析問題、靈活運用知識解答問題能力，知道（1）中氧化劑的確定方法，了解常見的氧化劑、還原劑，題目難度中等．