Question

5．能源短缺是人類社會(huì)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）△H；下表所列數(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寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$．
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(shí)分離出c．增大壓強(qiáng)          d．加入催化劑     e．降低溫度
③在300℃時(shí)，將2molCO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時(shí)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^-=2CO₃^2-+6H₂O，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．
（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(shí)間后NaC1溶液的體積為1L，溶液中的OH^-物質(zhì)的量濃度為0.01mol•L^-1（25℃下測定），則理論上消耗氧氣的體積為56mL（標(biāo)況下）．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)是平衡時(shí)生成的濃度冪之積除以反應(yīng)物濃度的冪之積；
②a．再充入CO，CO的轉(zhuǎn)化率降低；　
b．將甲醇液化并及時(shí)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(dòng)；
d．加入催化劑，不影響平衡移動(dòng)；
e．降低溫度，反應(yīng)速率減慢；
③依據(jù)濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（2）原電池中負(fù)極上燃料失電子，堿性條件下，CH₃OH反應(yīng)生成碳酸根離子；根據(jù)電極反應(yīng)判斷氫氧根離子濃度的變化；
（3）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣．電解一段時(shí)間，溶液的pH=12，則溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，則n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，據(jù)此計(jì)算生成的氯氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算原電池消耗的氧氣的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算體積

解答 解：（1）①反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)是平衡時(shí)生成的濃度冪之積除以反應(yīng)物濃度的冪之積，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
②a．再充入CO，反應(yīng)速率加快，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故a錯(cuò)誤；　
b．將甲醇液化并及時(shí)分離出，平衡正向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減慢，故b錯(cuò)誤；
c．增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，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(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故d錯(cuò)誤；
e．降低溫度，反應(yīng)速率減慢，故e錯(cuò)誤，
故選：c；
③將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時(shí)的濃度商Qc=$\frac{2}{2×{3}^{2}}$=$\frac{1}{9}$，小于0.27，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
（2）原電池放電時(shí)，甲醇失電子被氧化，應(yīng)為電池負(fù)極反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（3）電解飽和食鹽水，氯離子在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣，電極反應(yīng)式為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑，電解一段時(shí)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)反應(yīng)2NaCl+2H₂O=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(píng) 本題考查平衡常數(shù)的關(guān)系及應(yīng)用、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(jì)算氧氣體積，難度中等．