Question

18．能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的
開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
如表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（ P_B）代替物質(zhì)的量濃度（ c_B）也可表示平衡常數(shù)（記作K_P），寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K_P=$\frac{P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）×{P}^{2}（{H}_{2}）}$．
②下列措施可以加快反應(yīng)速率且能提高CO 轉(zhuǎn)化率的是c．
a．再充入CO 　b．將甲醇液化并及時分離出　c．增大壓強(qiáng)d．加入催化劑e．降低溫度
③在300℃時，將2mol CO、3mol H₂ 和2mol CH₃OH 充入容積為1L 的密閉容器中，此時反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進(jìn)行（填“向正反應(yīng)方向進(jìn)行”、“向逆反應(yīng)方向進(jìn)行”或“處于平衡狀態(tài)”）．
（ 2 ） 以甲醇、氧氣為原料，KOH 溶液作為電解質(zhì)構(gòu)成燃料電池總反應(yīng)為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO${\;}_{3}^{2-}$+6H₂O，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的pH減小 （填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）如果以該燃料電池為電源，石墨作兩極電解飽和食鹽水，則該電解過程中陽極的電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；如果電解一段時間后NaCl 溶液的體積為1L，溶液的pH 為12（25℃下測定），則理論上消耗氧氣的體積為56 mL（標(biāo)況下）．

Answer 1

分析 （1）①由題目信息可知，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（P_B）表示平衡常數(shù)為：生成物分壓的系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物分壓系數(shù)次冪乘積的比；
②a．再充入CO，CO的轉(zhuǎn)化率降低；　
b．將甲醇液化并及時分離出，反應(yīng)速率減慢；
c．增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，平衡向氣體體積減小的方向移動；
d．加入催化劑，不影響平衡移動；
e．降低溫度，反應(yīng)速率減慢；
③計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（2）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水；反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的消耗氫氧化鈉，溶液堿性減弱；
（3）電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，氯離子在陽極失去電子生成氯氣；根據(jù)n=cV計算NaOH物質(zhì)的量，根據(jù)2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH計算生成氯氣物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算氧氣物質(zhì)的量，進(jìn)而計算氧氣體積．

解答 解：（1）①由題目信息可知，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)（P_B）表示平衡常數(shù)為：生成物分壓的系數(shù)次冪乘積與反應(yīng)物分壓系數(shù)次冪乘積的比，故該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K_P=$\frac{P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）×{P}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）×{P}^{2}（{H}_{2}）}$；
②a．再充入CO，反應(yīng)速率加快，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故a錯誤；　
b．將甲醇液化并及時分離出，平衡正向移動，CO轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減慢，故b錯誤；
c．增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，CO轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．加入催化劑，可以加快反應(yīng)速率，但不影響平衡移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故d錯誤；
e．降低溫度，反應(yīng)速率減慢，故e錯誤，
故選：c；
③此時濃度商Qc=$\frac{2}{2×{3}^{2}}$=$\frac{1}{9}$＜K=0.27，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故答案為：向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
（2）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負(fù)極失去電子，堿性條件下生成碳酸根離子與水，負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；反應(yīng)的不斷進(jìn)行溶液的消耗氫氧化鈉，溶液堿性減弱，溶液pH減小，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；減小；
（3）電解池陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，氯離子在陽極失去電子生成氯氣，陽極電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
電解一段時間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根據(jù)2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×$\frac{1}{2}$=0.005mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）=$\frac{0.005mol×2}{4}$=0.0025mol，故原電池消耗氧氣的體積為0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；56．

點(diǎn)評 本題考查平衡常數(shù)、化學(xué)平衡及反應(yīng)速率影響因素、電化學(xué)等，屬于拼合型題目，（3）中注意根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算氧氣體積，難度中等．