Question

甲醇汽油是由10%一25%的甲醇與其他化工原料、添加劑合成的新型車用燃料，可達(dá)到國標(biāo)汽油的性能和指標(biāo)．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
I、工業(yè)上合成甲醇一般采用下列反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g） CH₃ OH（g）△H=a kJ/mol，
下表是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）：

溫度/℃	250	310	350
K	2.041	0.250	0.012

（1）由表中數(shù)據(jù)判斷△Ha

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.5mol?L^-1，則此時的溫度為

 

℃．
（3）在容積固定的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的濃度如下表：

濃度mol/L 時間/min	c（CO）	c（H2）	c（CH3OH）
0	0.8	1.6	0
2	0.6	1.2	0.2
4	0.3	0.6	0.5
6	0.3	0.6	0.5

①反應(yīng)從2min到4min之間，H₂的反應(yīng)速率為

 

．
②反應(yīng)達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為

 

．
③反應(yīng)在第2min時改變了反應(yīng)條件，改變的條件可能是

 

（填序號）．
A．使用催化劑    B．降低溫度    C．增加H₂的濃度
（4）向容積相同、溫度分別為T₁和T₂的兩個密閉容器中均充入1molCO和2mol H₂，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）CH₃ OH（g）△H=akJ/mol．恒溫恒容下反應(yīng)相同時間后，分別測得體系中CO的百分含量分別為w₁和w₂；已知T₁＜T₂，則w₁

 

w₂（填序號）．
A．大于     B．小于     C．等于     D．以上都有可能
Ⅱ、甲醇在化學(xué)電源方面也有著重要應(yīng)用．寫出以甲醇為燃料，氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液的原電池中負(fù)極的電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

分析：Ⅰ、（1）依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算平衡常數(shù)，與表中數(shù)據(jù)比較的大所需溫度；
（3）①分析圖表數(shù)據(jù)，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念是單位時間內(nèi) 物質(zhì)濃度的變化計算得到；
②一氧化碳的轉(zhuǎn)化率是用消耗量除以起始量計算；
③影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有：使用催化劑、改變溫度、濃度、改變物質(zhì)的表面積等；
（4）依據(jù)反應(yīng)過程中，開始反應(yīng)溫度高反應(yīng)速率快，一氧化碳含量少，但達(dá)到平衡后，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度高的平衡平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳含量高；
Ⅱ、燃料電池中燃料在負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇失電子生成二氧化碳在堿溶液中生成碳酸鹽，結(jié)合電荷守恒配平寫出電極反應(yīng)．

解答：解：I、（1）圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高而減小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜；
（2）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.5mol?L^-1，
                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃ OH（g）
起始量（mol/L）   1         3           0
變化量（mol/L）  0.5        1           0.5
平衡量（mol/L）  0.5        2           0.5
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.5

0.5×22

=0.25；
對比圖表可知，反應(yīng)是在310°C達(dá)到的平衡，
故答案為：310；
（3）①反應(yīng)從2min到4min之間，氫氣物質(zhì)的量濃度變化1.2mol/L-0.6mol/L=0.6mol/L，H₂的反應(yīng)速率=

0.6mol/L

4min-2min

=0.3mol/L?min，
故答案為：0.3mol/（L?min）；
②反應(yīng)達(dá)到平衡時CO的轉(zhuǎn)化率=

0.8mol/L-0.3mol/L

0.8mol/L

×100%=62.5%，故答案為：62.5%；  
 ③通過圖表比較起始到第2min和第2min到第4min時知，反應(yīng)物和生成物的反應(yīng)速率都增大，所以改變的條件是升高溫度或使用催化劑，故答案為：A；
（4）依據(jù)反應(yīng)過程中，開始反應(yīng)階段溫度高反應(yīng)速率快，一氧化碳含量少，但達(dá)到平衡后，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度高的平衡平衡逆向進(jìn)行，一氧化碳含量高，所以當(dāng)反應(yīng)到一定時間，一氧化碳的含量不能確定，故答案為：D；
II、甲醇為燃料，氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液的原電池中，甲醇失電子生成二氧化碳在堿溶液中生成碳酸鹽，負(fù)極的電極反應(yīng)式為2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，故答案為：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O．

點評：本題考查了學(xué)生影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素和有關(guān)反應(yīng)速率和平衡常數(shù)的計算，原電池電極反應(yīng)書寫，有一定的綜合性，題目難度中等．