Question

10．甲醇是一種低碳能源，在全球能源危機和環(huán)境污染的背景下具有良好的發(fā)展前景．在催化劑作用下可用H₂和CO合成甲醇，反應的化學方程式為2H₂（g）+CO（g） $\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH（g），三種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度隨時間變化的關(guān)系如圖1所示．試回答下列問題：
（1）代表H₂濃度變化的曲線為a（填“a”“b”或“c”）．
（2）提出一條可以加快反應速率的措施：加壓或者升溫．
（3）0-4 min內(nèi)，CH₃OH的平均反應速率為：0.15mol/（L•min）．
（4）我國某高校化學研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①該電池工作時，c口通入的物質(zhì)為O₂．
②該電極正極上的電極反應式為O₂+4e-+4H⁺=2H₂O．
③該電池工作一段時間后，當6.4g甲醇完全反應生成CO₂時，消耗的氧氣的體積為6.72L（標準狀況下）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)2H₂（g）+CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH反應，H₂濃度變化在減小并且是CO的2倍判斷；
（2）可以加快反應速率的措施為加壓或者升溫等；
（3）根據(jù)CH₃OH的平均反應速率=$\frac{△c}{△t}$計算；
（4）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，發(fā)生失電子的氧化反應，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應，根據(jù)電極反應以及電子守恒來計算消耗的氧氣的體積．

解答 解：（1）由2H₂（g）+CO（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH反應，H₂濃度變化在減小并且是CO的2倍，所以代表H₂濃度變化的曲線為a，故答案為：a；
（2）可以加快反應速率的措施為加壓或者升溫，故答案為：加壓或者升溫；
（3）根據(jù)圖象CH₃OH為生成物，即代表CH₃OH濃度變化的曲線為b，則0-4 min內(nèi)，CH₃OH的平均反應速率=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.6mol/L}{4min}$=0.15mol/（L•min），故答案為：0.15mol/（L•min）；
（4）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，氧氣作正極，電解質(zhì)中的陽離子移向正極，所以c口通入的物質(zhì)為氧氣，故答案為：O₂；
②正極上為氧氣得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e-+4H⁺=2H₂O；
③當6.4g即0.2mol甲醇完全反應生成CO₂時，根據(jù)總反應：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，即標準狀況下體積為0.3×22.4=6.72L，故答案為：6.72．

點評 本題是一道關(guān)于化學平衡圖象的分析與反應速率的計算以及燃料電池的工作原理知識的考題，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度不大．